6 Лаборатория иши Температурани электр усулида ўлчаш

I. Қисқача назарий тушунчалар.
Температурани ўлчаш ишлаб-чиқаришда, фан ва техникада мухим ўрин тутади. Шуни такидлаш керакки кўплаб технологик жараёнларда температурани ўлчашнинг аниқлиги жуда мухим. Лекин шунга қарамай бугунги кунда температурани ўлчашнинг аниқлиги унча юқори эмас. Масалан айрим илмий тадқиқотларда ва физик константаларни аниқлашда температурани 0,0001% аниқликда ўлчаш талаб қилинади. Бугунги кунда саноатда қўлланиладиган ва кенг тарқалган температура ўлчаш қурилмаларининг аниқлиги 0.5 % дан ошмайди. Температурани ўлчаш аниқлигининг ахамиятини қуйидаги мисолларда кўриш мумкин. Масалан металл қуйишда температура аниқлигини 0,1 % оширилиши метал сифатини 5-10% оширади, монокристалларни ўстиришда, интеграл микросхемалар таёрлашда температурани 0,01 % аниқликда ушлаб туриш талаб этилади. Бундан ташқари саноат ва техникада турли хил оқимларнинг температурасини, ўта тез ўзгарувчан температураларни ўлчаш, масофадан туриб ўлчаш, радиоактив ёки химявий актив моддалар ичидаги температураларни ўлчаш хам талаб қилинади. Бир сўз билан айтганда температурани ўлчаш шароитлари, диапазони, ўлчаш аниқлиги турли туман бўлиб, бу вазифаларни бажаришда турли хил усуллардан фойдаланилади.
Умумий холда температурани ўлчаш икки хил усулга бўлинади: контактли ва контактсиз. Контактли усулда температурани ўлчовчи сезгир элемент объект билан бевосита контактда бўлади. Контактсиз усулда эса объектнинг иссиқлик нурланишининг параметрларини ўлчаш асосида температура ўлчанади.
Технологик жараёнларда температурани ўлчов бирлиги сифатида кўпроқ Цельсий (°С) қўлланилади. Температурани ўлчаш учун эса сезгир элементлар сифатида термопаралар, термоқаршиликлар, кенгайиш термометрлари, манометрик термометрлар энг кўп тарқалган. Бу элементлар температура датчиклар (сезгир элементлари) деб юритилади. Булардан ташқари температурани ўлчашнинг кўплаббошқа усуллари хам мавжуд бўлиб, бу усуллар температура ўзгариши натижасида бирор бир физик параметрнинг ўзгаришини аниқлашга асосланади.
Кенгайиш термометрлари газларнинг ва қаттиқ жисмларнинг иссиқликдан кенгайишига асосланган. Масалан симобли термометр симобноинг иссиқликдан кенгайишига асосланган. Амалиётда симобнинг ўрнига этил спиртли ва толуолли термометрлар хам ишлатилади.
Манометрик термометрлар газ, буғ ёки суюқликларнинг температураси ортганда босими ўзгаришига асосланган. Бунда температурани аниқлаш учун газ ёки суюўликни босими ўлчанади ва босимнинг температурага боғлиқлиги асосида температурани аниқлаш мумкин. Лекин бу усул анча ноқулай ва аниқлиги кичик.
Термоқаршиликлар ёрдамида температурани ўлчаганда қаршиликнинг температурага боғлиқлигидан фойдаланилади. Барча металларда температура ортиши билан металнинг қаршилиги хам ортади. Қаршиликли температура ўлчаш сезгир элементи терморезистор деб айтилади. Энг содда терморезистор оддий мис ёки платинадан ясалган ингичка сим ўтказгичдир. Бу ўтказгични температураси ўлчанаётган мухитга киритиб унинг қаршилиги ўлчанади. Бундай қаршиликли температура ўлчаш қурилмалари техникада жуда кенг ишлатилади.
Термопарлар ёрдамида температурани ўлчаш хам амалиётда кенг тарқалган. Термопараларнинг температурани ўлчашдаги асосий қулайлиги шундаки бунда термо э.ю.к. хосил бўлади. Яъни бошқача қилиб айтганда температурани ўлчаш иссиқлик тасирида хосил бўлган электр токини ўлчашдан иборат, бу эса қўшимча манбаларни талаб қилмайди, бошқариш ва автоматлаштириш нуқтаи назаридан жуда қулай хисобланади.
Термопара бир учи бирлаштирилган икки хил металдан ясалган иккита электродлардан иборат. Электродларнинг бирлашган учлари ўлчаниши зарур бўлган мухит қўйилади.

Е


термопаранинг Т_{2 + -} Т₂ Т₂ – термопара учлари
электродлари Э
Т₁ - температураси

Т₁
ўлчанаётган мухит
7.1- расм. Термопаранинг тузилиши.
Термопаранинг ишлаш принципи термоэлектрик эффектга асосланган, бу эффект фанда Зеебек эффекти деб юритилади. 7.1-расмда энг содда термопара ва унинг уланиши кўрсатилган. Термопара икки хил металнинг ўзаро контактидан хосил қилинади. Бу металлар термоэлектрик кўрсаткичлари бўйича бир-биридан фарқ қилади, яъни температура таъсирида бу металларда хосил бўладиган термо э.ю.к. нинг катталиклари турлича. Металларнинг бириктирилган учларии - термопара контакти Т₁ температурали мухитда, иккинчи учлари эса Т₂ температурали мухитда бўлса термопаранинг учларида Т₁ ва Т₂ температуралар фарқларига пропорционал равишда термо э.ю.к хосил бўлади. Хосил бўлган термо э.ю.к. нинг катталиги Т₁ - Т₂ температуралар фарқига тўғри пропорционал.
Термопара ёрдамида температурани ўлчашнинг афзалликлари:
-ўлчов воситаларининг арзон ва соддалиги;
-ўлчов аниқлигининг юқорилиги ±0,01 °С гача;
-ўлчаш диапазонининг кенглиги (амалда −200 °C дан 2500 °C гача)
Термопара ёрдамида температурани ўлчашнинг энг асосий камчилиги иссиқлик жараёнларининг ката инертлиги туфайли хосил бўладиган динамик хатоликдир. Одатда иссиқлик жараёнларининг инертлик доимийси 10 с дан 60 с гача бўлиши мумкин. Бундан ташқари термопаралар яна қуйидаги камчиликларга эга:
- градуировкалаш зарурлиги;
- термопара иккинчи совуқ учлари температурасининг ўлчаш аниқлигига таъсири;
- терморпара учлари узун бўлган холларда “антенна” эффекти ўлчаш аниқлигини камайтиради.
Хозирги кунда саноатда термопараларнинг қуйидаги турлари кенг тарқалган:
Нисбатан паст температураларни ўлчашда :
хромел-копель – ТХП;
мис-копель – ТМК;
хромел-константа – ТХКн.
Катта температураларни ўлчашда (бир неча юзлаб ва ундан юқори):
платина-платина – ТПП;
мис-константа – ТМКн;
темир –константа – ТЖК.
Термопара билан температурани ўлчаш аниқлигини оширишда термопара учлари билан мухитнинг ўзаро контакти мухим ахамиятга эга. Мухит билан термопара учларининг иссиқлик мувозанати қанча аниқ бўлса ўлчаш аниқлиги ошади.