Температураны өлшеуге мүмкіндік беретін көптеген әртүрлі құрылғылар мен механизмдер бар. Олардың кейбіреулері күнделікті өмірде, кейбіреулері әртүрлі физикалық зерттеулерде, өндірістік процестерде және басқа салаларда қолданылады.
Осындай құрылғылардың бірі - термопар. Бұл құрылғының жұмыс принципі мен схемасын келесі тарауларда қарастырамыз.
Терможұп жұмысының физикалық негізі
Терможұптың жұмыс принципі қарапайым физикалық процестерге негізделген. Бұл құрылғының жұмыс істеу әсерін алғаш рет неміс ғалымы Томас Зебек зерттеген.
Терможұптың жұмыс істеу принципі негізделген құбылыстың мәні келесідей. Түрлі типтегі екі өткізгіштен тұратын тұйық электр тізбегінде қоршаған ортаның белгілі бір температурасы әсер еткенде электр тогы пайда болады.
Нәтижедегі электр ағыны мен өткізгіштерге әсер ететін қоршаған орта температурасы сызықтық қатынаста. Яғни, температура неғұрлым жоғары болса, термопара шығаратын электр тогы соғұрлым көп болады. Үстіндебұл термопара мен қарсылық термометрінің жұмыс принципі.
Бұл жағдайда бір терможұп контактісі температураны өлшеу қажет жерде орналасады, ол «ыстық» деп аталады. Екінші байланыс, басқаша айтқанда - «суық», - қарама-қарсы бағытта. Өлшеу үшін термопарларды пайдалануға бөлмедегі ауа температурасы өлшеу орнынан төмен болған жағдайда ғана рұқсат етіледі.
Бұл термопардың жұмысының қысқаша диаграммасы, жұмыс істеу принципі. Терможұптардың түрлері келесі бөлімде талқыланады.
Терможұптардың түрлері
Температураны өлшеу қажет кез келген салада термопара негізгі қолдану болып табылады. Бұл құрылғының әртүрлі түрлерінің құрылғысы мен жұмыс принципі төменде берілген.
Хромель-алюминий терможұптары
Бұл термопар схемалары көп жағдайда өнеркәсіптік өндірісте температураны басқаруға мүмкіндік беретін әртүрлі сенсорлар мен зондтарды өндіру үшін қолданылады.
Олардың айрықша белгілеріне айтарлықтай төмен баға және өлшенген температуралардың үлкен диапазоны жатады. Олар температураны Цельсий бойынша -200-ден +13000 градусқа дейін реттеуге мүмкіндік береді.
Ұқсас қорытпалары бар термопарларды ауада күкірт мөлшері жоғары цехтар мен мекемелерде пайдалану ұсынылмайды, себебі бұл химиялық элемент хромға да, алюминийге де теріс әсер етіп, құрылғыда ақаулар туғызады.
Хромель-Копель терможұптары
Байланыс тобы осы қорытпалардан тұратын термопардың жұмыс істеу принципі бірдей. Бірақ бұл құрылғылар негізінен бейтарап, агрессивті емес қасиеттерге ие сұйық немесе газ тәрізді ортада жұмыс істейді. Жоғарғы температура индексі Цельсий бойынша +8000 градустан аспайды.
Ұқсас термопара қолданылады, оның принципі оны кез келген беттердің қызу дәрежесін анықтау үшін, мысалы, мартен пештерінің немесе басқа ұқсас құрылымдардың температурасын анықтау үшін пайдалануға мүмкіндік береді.
Темір-константан терможұптары
Терможұптағы контактілердің бұл комбинациясы қарастырылған сорттардың біріншісі сияқты кең таралған емес. Термопардың жұмыс істеу принципі бірдей, бірақ бұл комбинация сирек кездесетін атмосферада өзін жақсы көрсетті. Өлшенетін температураның максималды деңгейі Цельсий бойынша +12500 градустан аспауы керек.
Алайда, температура +7000 градустан жоғары көтеріле бастаса, темірдің физикалық және химиялық қасиеттерінің өзгеруіне байланысты өлшеу дәлдігінің бұзылуы қаупі бар. Атмосфералық ауада су буы болған кезде тіпті термопардың темір контактісі тоттану жағдайлары бар.
Платинородий-платина терможұптары
Өндіретін ең қымбат термопар. Жұмыс принципі бірдей, бірақ ол өте тұрақты және сенімді температура көрсеткіштерімен әріптестерінен ерекшеленеді. Сезімталдық төмендетілді.
Бұл құрылғылардың негізгі қолданбасы жоғары температураны өлшеу болып табылады.
Вольфрам-рений терможұптары
Сонымен қатар өте жоғары температураларды өлшеу үшін қолданылады. Бұл схеманы пайдаланып түзетуге болатын максималды шек Цельсий бойынша 25 мың градусқа жетеді.
Оларды қолдану белгілі бір шарттарды сақтауды талап етеді. Осылайша, температураны өлшеу процесінде тотығу процесі нәтижесінде контактілерге теріс әсер ететін қоршаған атмосфераны толығымен жою қажет.
Ол үшін вольфрам-рений терможұптары әдетте элементтерін қорғау үшін инертті газ толтырылған қорғаныс қаптамаларына орналастырылады.
Жоғарыда қолданылатын қорытпаларға байланысты әрбір бар термопар, құрылғы, оның жұмыс істеу принципі қарастырылды. Енді кейбір дизайн мүмкіндіктерін қарастырыңыз.
Термопар дизайны
Терможұп конструкцияларының екі негізгі түрі бар.
- Оқшаулағыш қабаты бар. Термопардың бұл дизайны құрылғының жұмыс қабатын электр тогынан оқшаулауды қарастырады. Бұл орналасу терможұпты кірісті жерден оқшауламай-ақ процесте пайдалануға мүмкіндік береді.
- Оқшаулағыш қабатын қолданбай. Мұндай терможұптарды тек кірістері жермен байланысы жоқ өлшеу тізбегіне қосуға болады. Бұл шарт орындалмаса, құрылғы екі тәуелсіз тұйық тізбекті дамытады, нәтижесінде термопара көрсеткіштері жарамсыз болады.
Жолдаушы термопар және оның қолданылуы
Бөлек барбұл құрылғының «жүгіру» деп аталатын түрі. Енді біз жұмыс істейтін терможұптың жұмыс істеу принципін толығырақ қарастырамыз.
Бұл дизайн негізінен болат дайындаманың жону, фрезерлеу және басқа ұқсас станоктарда өңдеу кезінде температурасын анықтау үшін қолданылады.
Бұл жағдайда кәдімгі терможұпты да қолдануға болатынын атап өткен жөн, алайда, егер өндіріс процесі жоғары температура дәлдігін қажет етсе, жұмыс істеп тұрған термопараны асыра бағалау қиын.
Бұл әдісті қолданғанда оның жанасу элементтері дайындамаға алдын ала дәнекерленген. Содан кейін дайындаманы өңдеу кезінде бұл контактілер үнемі кескіштің немесе станоктың басқа жұмыс құралының әрекетіне ұшырайды, нәтижесінде түйіспе (температура көрсеткіштерін алу кезінде негізгі элемент болып табылады) «жұмыс істейтіндей» көрінеді.” контактілерінде.
Бұл әсер металл өңдеу өнеркәсібінде кеңінен қолданылады.
Терможұп конструкцияларының технологиялық ерекшеліктері
Жұмыс істейтін термопар тізбегін жасау кезінде екі металл контактісі дәнекерленген, олар өздеріңіз білетіндей әртүрлі материалдардан жасалған. Торап түйіспе деп аталады.
Бұл қосылымды дәнекерлеу арқылы жасау қажет емес екенін ескеру қажет. Жай екі контактіні бірге бұраңыз. Бірақ мұндай өндіріс әдісі жеткілікті сенімділік деңгейіне ие болмайды, сонымен қатар температура көрсеткіштерін алу кезінде қателер жіберуі мүмкін.
Егер сізге жоғары өлшеу керек болсатемпературада металдарды дәнекерлеу олардың дәнекерлеуімен ауыстырылады. Мұның себебі, көп жағдайда қосылымда қолданылатын дәнекерлеудің балқу температурасы төмен және одан асып кеткенде бұзылады.
Дәнекерленген тізбектер кеңірек температура диапазонына төтеп бере алады. Бірақ бұл қосылу әдісінің де кемшіліктері бар. Дәнекерлеу процесінде жоғары температураға ұшыраған металдың ішкі құрылымы өзгеруі мүмкін, бұл алынған деректердің сапасына әсер етеді.
Сонымен қатар, оның жұмысы кезінде термопар контактілерінің күйін бақылау керек. Сонымен, агрессивті ортаның әсерінен тізбектегі металдардың сипаттамаларын өзгертуге болады. Материалдардың тотығуы немесе интердиффузиясы болуы мүмкін. Мұндай жағдайда терможұптың жұмыс тізбегін ауыстыру керек.
Терможұп түйіспелерінің түрлері
Қазіргі өнеркәсіп терможұптарды өндіруде қолданылатын бірнеше конструкцияларды шығарады:
- ашық түйін;
- оқшауланған түйіні бар;
- жерлендірілген түйіні бар.
Ашық түйінді терможұптардың ерекшелігі - сыртқы әсерлерге төмен төзімділік.
Тұйықталу жұбына жойқын әсер ететін агрессивті ортада температураны өлшегенде дизайнның келесі екі түрін пайдалануға болады.
Сонымен қатар, қазіргі уақытта өнеркәсіпте жартылай өткізгіш технологияларды пайдалана отырып, термопарлар өндіру схемалары игерілуде.
Өлшеу қатесі
Терможұптың көмегімен алынған температура көрсеткіштерінің дұрыстығы контакт тобының материалына, сондай-ақ сыртқы факторларға байланысты. Соңғысына қысым, радиациялық фон немесе контактілер жасалған металдардың физика-химиялық параметрлеріне әсер етуі мүмкін басқа себептер жатады.
Өлшем қатесі келесі құрамдастардан тұрады:
- терможұпты өндіру процесінен туындаған кездейсоқ қате;
- «суық» контактінің температуралық режимінің бұзылуынан туындаған қате;
- сыртқы кедергіден туындаған қате;
- басқару жабдығының қатесі.
Терможұптарды пайдаланудың артықшылықтары
Қолданылуына қарамастан осы температураны бақылау құрылғыларын пайдаланудың артықшылықтары мыналарды қамтиды:
- термопар арқылы жазуға болатын индикаторлардың кең ауқымы;
- Көрсеткіштерді алуға тікелей қатысатын термопардың түйісуін өлшеу нүктесімен тікелей жанасуға қоюға болады;
- Термопарларды жасау оңай, берік және ұзақ қызмет етеді.
Температураны терможұппен өлшеудің кемшіліктері
Терможұпты пайдаланудың кемшіліктеріне мыналар жатады:
- Термопардың «суық» контактісінің температурасын тұрақты бақылау қажеттілігі. Бұл ерекшеліктермопара негізінде жасалған өлшеу құралдарының конструкциялық ерекшелігі. Бұл схеманың жұмыс істеу принципі оны қолдану аясын тарылтады. Оларды қоршаған орта температурасы өлшеу нүктесіндегі температурадан төмен болған жағдайда ғана пайдалануға болады.
- Терможұптарды өндіруде қолданылатын металдардың ішкі құрылымының бұзылуы. Өйткені, сыртқы ортаға әсер ету нәтижесінде контактілер біркелкілігін жоғалтады, бұл алынған температура индикаторларында қателіктер тудырады.
- Өлшеу процесі кезінде терможұптың байланыс тобы әдетте қоршаған ортаның теріс әсеріне ұшырайды, бұл процесте бұзылуларды тудырады. Бұл тағы да контактілерді герметизациялауды талап етеді, бұл мұндай сенсорларға қосымша техникалық қызмет көрсету шығындарын тудырады.
- Термопарда электромагниттік толқындардың әсер ету қаупі бар, оның конструкциясы ұзақ байланыс тобын қарастырады. Бұл өлшеу нәтижелеріне де әсер етуі мүмкін.
- Кейбір жағдайларда термопарада пайда болатын электр тогы мен өлшеу орнындағы температура арасындағы сызықтық байланыстың бұзылуы байқалады. Бұл жағдай басқару жабдығын калибрлеуді қажет етеді.
Қорытынды
Кемшіліктеріне қарамастан, алғаш рет 19 ғасырда ойлап табылған және сыналған терможұптарды қолдану арқылы температураны өлшеу әдісі қазіргі заманғы өнеркәсіптің барлық салаларында өзінің кең қолданылуын тапты.
Сонымен қатар, терможұптар қолданылатын қолданбалар бартемпература деректерін алудың жалғыз жолы болып табылады. Осы материалды оқығаннан кейін сіз олардың жұмысының негізгі принциптерін толық түсіндіңіз.
