Температураны өлчөөгө мүмкүндүк берген көптөгөн ар кандай түзүлүштөр жана механизмдер бар. Алардын айрымдары күнүмдүк турмушта, кээ бирлери ар кандай физикалык изилдөөлөр үчүн, өндүрүш процесстеринде жана башка тармактарда колдонулат.
Мындай түзүлүштөрдүн бири - термопар. Бул аппараттын иштөө принцибин жана схемасын кийинки бөлүмдөрдө карап чыгабыз.
Термопардын иштешинин физикалык негиздери
Термопардын иштөө принциби кадимки физикалык процесстерге негизделген. Биринчи жолу бул аппараттын эффективдүүлүгүн немис окумуштуусу Томас Зебек изилдеген.
Термопардын иштөө принциби таянган кубулуштун маңызы төмөндөгүдөй. Ар кандай типтеги эки өткөргүчтөн турган жабык электр чынжырында айлана-чөйрөнүн белгилүү бир температурасына таасир эткенде электр энергиясы пайда болот.
Натыйжадагы электр агымы менен өткөргүчтөргө таасир этүүчү чөйрөнүн температурасы сызыктуу байланышта. Башкача айтканда, температура канчалык жогору болсо, термопар тарабынан өндүрүлгөн электр тогу ошончолук көп болот. Үстүндөбул термопардын жана каршылык термометринин иштөө принциби.
Мында бир термопар контакты температураны өлчөө зарыл болгон жерде жайгашкан, ал «ысык» деп аталат. Экинчи байланыш, башкача айтканда - "муздак", - карама-каршы багытта. Өлчөө үчүн термопарларды колдонууга бөлмөдөгү абанын температурасы өлчөө жеринен төмөн болгондо гана жол берилет.
Бул термопардын ишинин кыскача диаграммасы, иштөө принциби. Термопарлардын түрлөрү кийинки бөлүмдө талкууланат.
Термопарлардын түрлөрү
Температураны өлчөө керек болгон ар бир тармакта термопар негизги колдонуу болуп саналат. Бул агрегаттын ар кандай түрлөрүнүн түзүлүшү жана иштөө принциби төмөндө келтирилген.
Хромел-алюминий термопарлары
Бул термопар схемалары көпчүлүк учурларда өнөр жай өндүрүшүндө температураны көзөмөлдөөгө мүмкүндүк берүүчү түрдүү сенсорлорду жана зонддорду өндүрүү үчүн колдонулат.
Алардын айырмалоочу өзгөчөлүктөрүнө кыйла төмөн бааны жана өлчөнгөн температуралардын чоң диапазонун камтыйт. Алар температураны -200дөн +13000 градус Цельсийге чейин оңдоого мүмкүндүк берет.
Ушундай эритмелери бар термопарларды абада күкүрттүн курамы жогору болгон дүкөндөрдө жана объектилерде колдонуу туура эмес, анткени бул химиялык элемент хромго да, алюминийге да терс таасирин тийгизип, аппаратта бузулууларды жаратат.
Хромел-Копел термопарлары
Байланыш тобу ушул эритмелерден турган термопардын иштөө принциби бирдей. Бирок бул аппараттар негизинен нейтралдуу, агрессивдүү эмес касиетке ээ суюк же газ чөйрөсүндө иштешет. Жогорку температура индекси Цельсий боюнча +8000 градустан ашпайт.
Ушундай термопар колдонулат, анын принциби аны ар кандай беттердин ысытуу даражасын аныктоо үчүн, мисалы, мартен мештеринин же башка ушул сыяктуу конструкциялардын температурасын аныктоо үчүн колдонууга мүмкүндүк берет.
Темир-константан термопарлары
Термопардагы контакттардын мындай айкалышы каралып жаткан сорттордун биринчиси сыяктуу кеңири таралган эмес. Термопардын иштөө принциби бирдей, бирок бул комбинация сейрек кездешүүчү атмосферада өзүн жакшы көрсөттү. Ченилген температуранын максималдуу деңгээли Цельсий боюнча +12500 градустан ашпашы керек.
Бирок, температура +7000 градустан жогору көтөрүлө баштаса, темирдин физикалык жана химиялык касиеттеринин өзгөрүшүнө байланыштуу өлчөө тактыгын бузуу коркунучу бар. Атүгүл чөйрөдөгү абада суу буусу болгондо термопардын темир контактынын коррозияга учураган учурлары бар.
Платинородий-платина термопарлары
Өндүрүш үчүн эң кымбат термопар. Иштөө принциби бирдей, бирок ал абдан туруктуу жана ишенимдүү температура көрсөткүчтөрү менен анын кесиптештеринен айырмаланат. Сезгичти азайтты.
Бул аппараттардын негизги колдонулушу жогорку температураны өлчөө болуп саналат.
Вольфрам-рений термопарлары
Ошондой эле өтө жогорку температураларды өлчөө үчүн колдонулат. Бул схеманы колдонуу менен аныктала турган максималдуу чек Цельсий боюнча 25 миң градуска жетет.
Аларды колдонуу белгилүү бир шарттарды сактоону талап кылат. Ошентип, температураны өлчөө процессинде кычкылдануу процессинин натыйжасында контакттарга терс таасирин тийгизген курчап турган атмосфераны толугу менен жок кылуу керек.
Бул үчүн вольфрам-рений термопарлары адатта элементтерин коргоо үчүн инерттүү газ менен толтурулган коргоочу кабыктарга жайгаштырылат.
Жогоруда ар бир иштеп жаткан термопар, прибор, колдонулган эритмелерге жараша анын иштөө принциби каралып чыкты. Эми дизайн өзгөчөлүктөрүн карап көрүңүз.
Термопар дизайны
Термопардын конструкцияларынын эки негизги түрү бар.
- Изоляциялоочу катмар менен. Термопардын бул конструкциясы аппараттын жумушчу катмарын электр тогунан изоляциялоону камсыз кылат. Бул түзүлүш термопарды киргизүүнү жерден обочолонбостон колдонууга мүмкүндүк берет.
- Изоляциялоочу катмарды колдонбостон. Мындай термопарларды киргизүүлөрү жер менен байланышы жок өлчөө схемаларына гана туташтырууга болот. Эгер бул шарт аткарылбаса, аппарат эки көз карандысыз жабык схеманы иштеп чыгат, натыйжада термопаранын көрсөткүчтөрү жараксыз болуп калат.
Кыдыруучу термопар жана анын колдонулушу
Өзүнчө бар"Чуркоо" деп аталган аппараттын бир түрү. Биз азыр иштеп жаткан термопардын иштөө принцибин кененирээк карап чыгабыз.
Бул конструкция негизинен болоттон жасалган даярды токардык, фрезердик жана башка ушул сыяктуу станоктордо иштетүүдө температурасын аныктоо үчүн колдонулат.
Мындай учурда кадимки термопарды да колдонууга болорун белгилей кетүү керек, бирок, эгерде өндүрүш процесси жогорку температуранын тактыгын талап кылса, иштеп жаткан термопарды ашыкча баалоо кыйын.
Бул ыкманы колдонууда анын контакт элементтери алдын ала даярдалган материалга ширетилип коюлат. Андан кийин, бланкты иштетүүдө бул байланыштар кескичтин же станоктун башка жумушчу аспабынын аракетине дайыма дуушар болушат, мунун натыйжасында түйүн (температуранын көрсөткүчтөрүн алууда негизги элемент болуп саналат) «иштеп жаткандай сезилет.” байланыштар боюнча.
Бул эффект металл иштетүү тармагында кеңири колдонулат.
Термопар конструкцияларынын технологиялык өзгөчөлүктөрү
Жумушчу термопардын схемасын жасап жатканда эки металл контакты ширетилип, алар өзүңөр билгендей ар кандай материалдардан жасалган. Туташуу түйүн деп аталат.
Белгилей кетүүчү нерсе, бул байланышты ширетүү аркылуу жасоо зарыл эмес. Жөн гана эки байланышты бириктириңиз. Бирок мындай өндүрүш ыкмасы ишенимдүүлүктүн жетиштүү деңгээлине ээ болбойт, ошондой эле температура көрсөткүчтөрүн алууда каталарды бериши мүмкүн.
Эгерде бийик өлчөө керек болсотемпературада, металлдарды ширетүүдө аларды ширетүүдө алмаштырылат. Бул көп учурда туташтырууда колдонулган ширеткичтин эрүү температурасы төмөн болуп, андан ашканда бузулуп калгандыгына байланыштуу.
Ширетилген схемалар кеңири температура диапазонуна туруштук бере алат. Бирок бул байланыш ыкмасы да өзүнүн кемчиликтери бар. Ширетүү процессинде жогорку температурага дуушар болгондо металлдын ички түзүмү өзгөрүшү мүмкүн, бул алынган маалыматтардын сапатына таасирин тийгизет.
Мындан тышкары, термопардын контакттарынын абалын анын иштөө учурунда көзөмөлдөө керек. Ошентип, агрессивдүү чөйрөнүн таасиринен чынжырдагы металлдардын мүнөздөмөлөрүн өзгөртүүгө болот. Материалдардын кычкылдануусу же интердиффузиясы болушу мүмкүн. Мындай кырдаалда термопардын иштөө схемасын алмаштыруу керек.
Термопардын туташууларынын түрлөрү
Заманбап өнөр жай термопарларды өндүрүүдө колдонулган бир нече конструкцияларды чыгарат:
- ачык түйүн;
- изоляцияланган түйүнү менен;
- жерге туташтырылган түйүндүү.
Ачык туташтырылган термопарлардын өзгөчөлүгү тышкы таасирлерге начар туруктуулук.
Төмөнкү эки дизайн түрүн контакт жуптарына кыйратуучу таасир тийгизген агрессивдүү чөйрөлөрдөгү температураларды өлчөөдө колдонсо болот.
Мындан тышкары, учурда тармак жарым өткөргүч технологияларды колдонуу менен термопарларды чыгаруунун схемаларын өздөштүрүп жатат.
Өлчөө катасы
Термопардын жардамы менен алынган температура көрсөткүчтөрүнүн тууралыгы контакттык топтун материалына, ошондой эле тышкы факторлорго көз каранды. Акыркысына басым, радиациялык фон же контакттар жасалган металлдардын физикалык-химиялык параметрлерине таасир эте турган башка себептер кирет.
Өлчөө катасы төмөнкү компоненттерден турат:
- термопардын өндүрүш процессинен келип чыккан кокустук ката;
- "муздак" контакттын температуралык режиминин бузулушунан келип чыккан ката;
- тышкы кийлигишүүдөн келип чыккан ката;
- башкаруу жабдууларынын катасы.
Термопарларды колдонуунун пайдасы
Температураны көзөмөлдөөчү бул шаймандарды колдонуунун артыкчылыктары кандай колдонулушуна карабастан, төмөнкүлөрдү камтыйт:
- термопардын жардамы менен жазыла турган индикаторлордун чоң диапазону;
- Окууларды алууга түздөн-түз катышкан термопардын түйүнү өлчөө чекити менен түз байланышта жайгаштырылышы мүмкүн;
- Термопарларды жасоо оңой, бышык жана узакка иштейт.
Температураны термопар менен өлчөөнүн кемчиликтери
Термопарды колдонуунун кемчиликтери төмөнкүлөрдү камтыйт:
- Термопардын "муздак" контактынын температурасына туруктуу мониторинг жүргүзүү зарылчылыгы. Бул өзгөчөлүктермопарга негизделген өлчөө приборлорунун конструкциялык өзгөчөлүгү. Бул схеманын иштөө принциби аны колдонуунун чөйрөсүн тарытат. Аларды чөйрөнүн температурасы өлчөө чекитиндеги температурадан төмөн болгондо гана колдонууга болот.
- Термопарларды жасоодо колдонулган металлдардын ички түзүлүшүнүн бузулушу. Чынында, тышкы чөйрөнүн таасири натыйжасында контакттар бир тектүүлүгүн жоготот, бул алынган температура индикаторлорунда каталарды жаратат.
- Өлчөө процессинде термопардын контакттык тобу адатта айлана-чөйрөнүн терс таасирине кабылып, процесстин бузулушун шарттайт. Бул дагы бир жолу контакттарды пломбалоону талап кылат, бул мындай сенсорлорду тейлөө үчүн кошумча чыгымдарды талап кылат.
- Термопарда электромагниттик толкундардын таасири коркунучу бар, анын конструкциясы узак контакт тобун караштырат. Бул өлчөө натыйжаларына да таасирин тийгизиши мүмкүн.
- Кээ бир учурларда термопарда пайда болгон электр тогу менен өлчөө жериндеги температуранын ортосундагы сызыктуу байланыштын бузулушу байкалат. Бул жагдай башкаруу жабдууларын калибрлөө талап кылат.
Тыянак
Кемчиликтерине карабастан, биринчи жолу 19-кылымда ойлоп табылган жана сыналган термопарлар аркылуу температураны өлчөө ыкмасы заманбап өнөр жайдын бардык тармактарында өзүнүн кеңири колдонулушун тапты.
Мындан тышкары, термопарлар колдонулган колдонмолор бартемпература маалыматтарын алуу үчүн бир гана жолу болуп саналат. Жана бул материалды окугандан кийин, сиз алардын ишинин негизги принциптерин толук түшүндүңүз.
