Termojuftning ishlash printsipi

Termojuft yoki termoelektrik konvertor - bu haroratni o'lchash uchun qurilma bo'lib, uning asosi termoelektrik effektdir.
Maishiy maqsadlarda ular turli xil qurilmalarda, eng oddiy va texnik jihatdan murakkab: dazmollar, lehimli dazmollar, muzlatgichlardan avtomobillar va isitish qozonlariga qadar qo'llaniladi. O'lchangan haroratning keng diapazoni (-250 ° C dan + 2500 ° C gacha) tufayli termojuftlar sanoat, kommunal xo'jalik, fan va tibbiyotda keng qo'llaniladi. Shuningdek, termoelektrik konvertorlar avtomatlashtirish va boshqarish tizimlarining bir qismi sifatida ishlaydi, harorat o'zgarishi to'g'risidagi ma'lumotlarni ushlaydi va uzatadi. Bunday sensorlar ishonchliligi, arzonligi, talab qilinadigan aniqligi va past inertsiyasi bilan ajralib turadi.
Termojuftning ishlashi haroratning oshishi yoki pasayishidan termo-EMFni (issiqlik elektromotor kuchi) o'zgartirish xususiyatiga asoslanadi. Ko'rsatkichlarning to'g'riligi qurilish turiga, texnologik talablarga muvofiqligiga va simlarni ulash sxemasiga bog'liq.
Termoelektrik konvertorning dizayni ishlatiladigan elementlarning termal inertsiyasi va sezgirligi, foydalanish shartlari: harorat oralig'i, agressivlik va muhitning agregatsiya holati, himoyadan foydalanish zarurati bilan belgilanadi.
Termojuftning ishlash printsipi
Termojuftning ishlash printsipi termoelektrik effekt yoki Seebek effektidir. Bu hodisa 1821 yilda olimlar tomonidan kashf etilgan va quyidagicha:
ikkita bir-biriga o'xshamaydigan o'tkazgichlarning yopiq pallasida, agar ularning ulanish joylari yoki ulanish joylari turli haroratlarda saqlansa, elektromotor kuch (termo-EMF) paydo bo'ladi. Ta'sir bir hil materiallardan foydalanganda, shuningdek, bir xil ulanish haroratida sodir bo'lmaydi. Termoelektromotor kuchning kattaligi o'tkazgichlarning materialiga va kontaktlarning harorati farqiga bog'liq, kontaktlarning zanglashiga olib keladigan oqim yo'nalishi qaysi birlashma harorati yuqoriroq bo'lishiga bog'liq.

Amalda, termojuftlar turli qotishmalarning o'tkazgichlaridan foydalanadi, ular termoelektrodlar deb ham ataladi. Bir birikma, "issiq", payvandlash yoki burish orqali amalga oshiriladi va o'lchangan haroratga ega bo'lgan muhitga joylashtiriladi; ikkinchisi, "sovuq", o'lchash moslamasining kontaktlarida yopiladi yoki avtomatik boshqaruv moslamasiga ulanadi. Zamonaviy murakkab termojuftlar raqamli signal konvertorlaridan foydalanadi.
Termo-emf qizg'in birikmaning qizg'in isishi yoki sovishi paytida o'tkazgich ulanishlari orasidagi potentsial farq tufayli paydo bo'ladi. Sovuq o'tish joyidagi kuchlanish issiq o'tish joyidagi haroratga mutanosibdir. Bunday holda, sovuqda harorat doimiy bo'lishi kerak, aks holda katta o'lchov xatosi paydo bo'ladi. Yuqori aniqlik uchun sovuq kontakt harorat bir xil darajada saqlanadigan maxsus kameralarga joylashtiriladi.
Termojuftlardan foydalanish va ularning xususiyatlari
Termojuftlarni qo'llash sohasi, birinchi navbatda, keng o'lchash harorat diapazoni tufayli juda katta: o'ta pastdan juda yuqori. Ushbu qurilmalar o'lchovlarning barqarorligi va aniqligi tufayli ham keng qo'llaniladi. Ular maishiy va sanoat asboblarida, turli xil qurilmalar, ob'ektlar va ommaviy axborot vositalarining haroratini o'lchash uchun ishlab chiqarish texnologiyalari: havo, qattiq moddalar, erigan metall, suyuqliklar va gazlar, aylanadigan qismlar, issiqlik dvigatellarida qo'llaniladi.
Harorat sensori sifatida termoelektrik konvertorlar avtomatlashtirilgan boshqaruv tizimlarida qo'llaniladi. Gaz uskunalarida (qozonlar, pechkalar, ustunlar) termojuftlar issiqlik nazoratini amalga oshiradi. Termojuftga ko'ra, ruxsat etilgan harorat oshib ketganda, qurilmalarning favqulodda o'chirilishi ishga tushiriladi.
Supero'tkazuvchilarning dizayni va materiallari termojuftning maqsadiga bog'liq: metallarning turli kombinatsiyalari turli xil muhit va harorat diapazonlari uchun mo'ljallangan.

Tashqi omillardan himoya qilish uchun ishchi elementlar kolbaga yoki qutiga joylashtirilishi mumkin: masalan, gazli qozondagi termojuft uchun himoya material zanglamaydigan yoki oddiy po'latdir. 1000-1100 ° S gacha bo'lgan haroratlarda issiqlikka chidamli qotishmalar, yuqori haroratlarda - chinni, o'tga chidamli qotishmalar qo'llaniladi. Yuqori bosim kabi maxsus atrof-muhit sharoitida o'lchovlar uchun termojuft muhrlangan bo'lishi kerak.
O'lchov muhiti o'tkazgichlarga salbiy ta'sir ko'rsatmasa, himoya ishlatilmaydi. Ikki o'tkazgichning yopiq birikmasi bo'lgan yalang'och versiyada past inertiya va deyarli bir lahzalik haroratni o'lchash mavjud.
O'lchov nuqtalarining soniga qarab, termojuftlar bir nuqtali va ko'p nuqtali bo'lishi mumkin. Shunga ko'ra, termojuftning ishchi qismining uzunligi 120 mm dan 20 000 mm gacha. Ko'p o'lchov nuqtalariga (bir necha o'nlabgacha) ehtiyoj, xususan, kimyo va neft-kimyo sanoatida suyuqliklar qayta ishlanadigan tanklar (reaktorlar, tanklar, fraksiya ustunlari) uchun paydo bo'ladi.
Termojuftlarning tasnifi
Termojuftning ishlash printsipi o'tkazgichlarda potentsial farqning paydo bo'lishiga asoslanadi, shuning uchun termoelektrodlarning metallari kimyoviy va fizik xususiyatlarda farq qilishi kerak. Termojuftlarni qo'llash uchun turli xil rangli va qimmatbaho metall qotishmalari qo'llaniladi.
Noble metallar o'lchovlarning aniqligini, pastki termoelektrik bir xillikning ta'sirini va oksidlanishga chidamliligini sezilarli darajada yaxshilashi mumkin. Ular 1900 ° S gacha bo'lgan o'lchovlar uchun ishlatiladi, yuqori haroratlarda maxsus issiqlikka chidamli qotishmalar talab qilinadi. Asosiy metallar 1400 ° S gacha ishlatiladi.
Barcha o'tkazgich materiallari turli xil erituvchanlik, oksidlanish qarshiligi, ish harorati oralig'iga ega. Ishlab chiqaruvchi tomonidan belgilangan harorat oralig'ida qurilmaning yuqori sifatli ishlashi va aniq o'lchov ma'lumotlari mumkin.
Rus GOST bo'yicha termojuftlar guruhlarini tasniflash uchun uchta kirill harflari ishlatiladi; platina-rodiy-platina-rodiy - TPR, B turi.
Termojuftlarning yana bir tasnifi foydalanish mumkin bo'lgan ulanish turlarini hisobga oladi:
bir elementli va ikki elementli;
izolyatsiya qilingan va tanaga bog'langan;
tuproqli va asossiz.
Termojuftning inertsiyasi korpusga erga ulanganda kamayadi va bu o'lchovlarning tezligi va aniqligini oshiradi. Bundan tashqari, ba'zi qurilmalarda inertsiyani kamaytirish uchun ulanish joyi himoya korpusidan tashqarida qoldiriladi.
Рromel+alumel THA (K turi)

Termojuftlarning ko'p turlari mavjud, xromel-alumel eng keng tarqalganlaridan biridir.
Xrom qotishmasining tarkibi:
90% nikel
10% xrom
Alumel qotishmasining tarkibi:
95% nikel
2% alyuminiy
2% nikel
1% kremniy
Neytral va oksidlovchi muhit uchun mos bo'lgan -200 ° C dan + 1300 ° C gacha bo'lgan harorat oralig'ida chiziqli xarakteristikasi bilan ishlash qobiliyati past narxga ega. Qisqartirilgan muhitda himoya korpusi talab qilinadi. Ishlash harorati diapazoni elektrodlarning diametriga bog'liq va reaktor nurlanishi uchun ishlatilishi mumkin.
U yuqori sezuvchanlikka ega (taxminan 41 mV / ° C) va hatto kichik harorat o'zgarishlarini qayd etadi, u ko'plab sohalarda juda keng qo'llaniladi.
Kamchiliklari va xususiyatlari. Nikel magnit xususiyatlarga ega, bu esa 350 ° S haroratda chiqish signalining o'zgarishiga olib keladi. Oltingugurt muhitida muddatidan oldin buzilish mumkin va ma'lum bir past kislorod konsentratsiyasida ham ish buziladi.
Temir+Konstantan TFA (J turi)

Sanoat va fan uchun ishonchli va arzon termojuft.
Konstantan odatda quyidagilardan iborat:
55% mis
45% nikel
Xromel-alumel bilan solishtirganda torroq harorat oralig'ida qo'llaniladi: -200 - +1100 ° C, sezgirlik esa yuqori: 50-60 mkV / ° S.
Vakuumli muhit uchun juda mos keladi, o'lchovlar oksidlovchi, qaytaruvchi, neytral muhitda ham amalga oshiriladi. Uzoq muddatli ta'sir qilish harorati +750° S gacha, qisqa muddatli ta'sir qilish + 1100° S gacha.
Metall terminalda korroziya tufayli uni doimiy ravishda salbiy haroratlarda ishlatish mumkin emas, oksidlovchi muhitlar xizmat muddatini qisqartiradi. Oltingugurt yuqori ijobiy haroratlarda salbiy ta'sir ko'rsatadi.
Рromel+kopel THC (turi L).

Kopel taxminan quyidagi nisbatlarda tayyorlanadi:
mis 56%
nikel 43%
marganets 1%.
Asosan 200-600 ° S ish haroratida, sanoat va laboratoriya qurilmalarida turli xil muhitlarni pirometrik o'lchash uchun ishlatiladi. O'lchangan haroratning maksimal diapazoni: qisqa muddatli ta'sir qilish bilan -250oS dan +1100oS gacha.
Eng sezgir termojuftlardan biri - 80 mkV/oC gacha.
Deformatsiyaga sezgir, juda mo'rt.
Termojuftlarning afzalliklari va kamchiliklari
Termojuftlar uzoq tarixga ega va quyidagi afzalliklarga ko'ra keng qo'llaniladi:
Agressiv muhitda va -250oS dan +2500oS gacha bo'lgan ekstremal haroratlarda ishlash qobiliyati.
Ko'pgina modellar uchun past narx. Asil metallar, himoya elementlari, qo'shimcha ulanishlar va ulagichlarga ega qurilmalar uchun narx oshadi.
O'nlab yillar davomida tasdiqlangan ishonchlilik va oddiylik.
O'lchov aniqligi. Standart qurilmalarda xatolik 1-2 ° S gacha, bu asosan sanoat va maishiy ehtiyojlar uchun etarli. Keyinchalik yuqori aniqlikdagi qurilmalar 0,01 ° S ko'rsatkichga ega.
Oddiy ishlab chiqarish texnologiyasi va texnik xizmat ko'rsatish.
Termojuftlarning kamchiliklari quyidagilarni o'z ichiga oladi:
o'lchovlarni o'tkazish uchun juda sezgir asboblardan foydalanish zarurati;
oz miqdorda oqimlar qabul qilishni kamaytirish uchun simlarni himoya qilishni talab qiladi;
ekstremal harorat sharoitida uzoq vaqt foydalanishda ishlashning yomonlashishi;
aniq o'lchovlar zavodda har bir qurilmani kalibrlashni talab qiladi;
agar ish chegaralari oshib ketgan bo'lsa, termo-EMF ning isitishga chiziqli bo'lmagan bog'liqligi paydo bo'lishi.
Umuman olganda, termojuftlar bilan ishlashda yuzaga kelishi mumkin bo'lgan qiyinchiliklar yaxshi tushuniladi va turli xil echimlarga ega. Ishonchliligi, aniqligi, keng ish harorati oralig'i tufayli qurilmalar juda keng tarqalgan. Ilova ularning texnik xususiyatlari va xususiyatlari bilan belgilanadi va ba'zi tizimlar uchun termojuftlar yagona variant hisoblanadi. Mavjud tasnif, shuningdek, ko'plab tadqiqotlar va foydalanish tajribasi har xil turdagi qurilmalar haqida keng ma'lumot beradi, bu ularni tanlash va ishlatishni osonlashtiradi.
Qaysi turdagi termojuftni tanlash kerak
Sanoat uskunalarida mahsulot ishlab chiqarish bosqichlarini aniqroq nazorat qilish uchun termojuftlar juda tez-tez ishlatiladi. Qaysi termojuftni tanlashni o'ylab, biz quyidagi xususiyatlarga e'tibor qaratishni tavsiya qilamiz:
Haroratni o'lchash diapazoni
Kimyoviy qarshilik
Vibratsiyaga va mexanik stressga qarshilik
Ishlatilgan uskunalar bilan muvofiqligi
Termojuft birikmasining turini qanday tanlash mumkin
Termojuftlar uch turdagi ulanishga ega: izolyatsiyalangan, yalang'och yoki ochiq.

Sensorning yalang'och birlashma uchida termojuft simlari sensor devoriga ichkaridan biriktirilgan. Bu tashqi tomondan g'ilof devori orqali termojuft birikmasiga ajoyib issiqlik o'tkazuvchanligiga erishadi. Izolyatsiya qilingan turda termojuft birikmasi g'ilof devoridan ajratiladi. Javob berish vaqti izolyatsiyalanmagan turga qaraganda tezroq, lekin izolyatsiyalangan tur elektrdan izolyatsiyani ta'minlaydi.
Ochiq ulanish uslubidagi termojuft g'ilofning oxiridan chiqib turadi va atrofdagi muhitga ta'sir qiladi. Ushbu turdagi eng yaxshi javob vaqtini ta'minlaydi, lekin faqat korroziy bo'lmagan va germetik bo'lmagan ilovalar uchun ishlatilishi mumkin.
Izolyatsiya qilinmagan birikma agressiv muhitning haroratini o'lchash uchun yoki yuqori bosim odatiy bo'lgan ilovalar uchun ishlatiladi. Yalang'och termojuft birikmasi g'ilofga payvandlanadi, bu esa izolyatsiyalangan birikmaga qaraganda tezroq javob beradi.
Izolyatsiya qilingan birikma qattiq muhitda haroratni o'lchashda ustundir, bu erda qobiqdan elektr izolyatsiya qilingan va u bilan himoyalangan termojuftga ega bo'lish tavsiya etiladi. Payvandlash simi termojufti MgO (magniy oksidi) kukuni bilan termojuft qobig'idan jismoniy izolyatsiya qilingan.
Tez javob berish vaqti talab qilinadigan korroziy bo'lmagan gazlarning statik yoki joriy haroratini o'lchash uchun ochiq o'tish tavsiya etiladi. Ulanish metallning himoya qobig'idan tashqariga chiqadi, bu esa aniqroq va tezroq javob beradi. Qobiq izolyatsiyasi ulanish nuqtalarida germetik tarzda yopiladi, shuning uchun xatolarga olib keladigan namlik yoki gazning kirishiga yo'l qo'ymaydi.