Тэрмапара: прынцып дзеяння, прылада

Існуе мноства разнастайных прылад і механізмаў, якія дазваляюць вымяраць тэмпературу. Некаторыя з іх прымяняюцца ў паўсядзённым жыцці, нейкія - для розных фізічных даследаванняў, у вытворчых працэсах і іншых галінах.

Адным з такіх прыладаў з'яўляецца тэрмапара. Прынцып дзеяння і схему дадзенай прылады мы разгледзім у наступных раздзелах.

Фізічная аснова працы тэрмапары

Прынцып працы тэрмапары заснаваны на звычайных фізічных працэсах. Упершыню эфект, на аснове якога працуе дадзеная прылада, быў даследаваны нямецкім навукоўцам Томасам Зеебека.

Сутнасць з'явы, на якім трымаецца прынцып дзеяння тэрмапары, у наступным. У замкнёным электрычным контуры, які складаецца з двух правадыроў рознага выгляду, пры ўздзеянні пэўнай тэмпературы навакольнага асяроддзя ўзнікае электрычнасць.

Які атрымліваецца электрычны паток і тэмпература навакольнага асяроддзя, якая ўздзейнічае на праваднікі, знаходзяцца ў лінейнай залежнасці. То бок, чым вышэй тэмпература, тым большы электрычны ток выпрацоўваецца тэрмапарай. На гэтым і заснаваны прынцып дзеяння тэрмапары і тэрмометра супраціву.

Пры гэтым адзін кантакт тэрмапары знаходзіцца ў пункце, дзе неабходна вымяраць тэмпературу, ён называецца «гарачым». Другі кантакт, іншымі словамі - «халодны», - у процілеглым кірунку. Прымяненне для вымярэння тэрмапар дапускаецца толькі ў тым выпадку, калі тэмпература паветра ў памяшканні менш, чым у месцы вымярэння.

Такая кароткая схема работы тэрмапары, прынцып дзеяння. Віды тэрмапар мы разгледзім у наступным раздзеле.

віды тэрмапар

У кожнай галіны прамысловасці, дзе неабходныя вымярэння тэмпературы, у асноўным ужываецца тэрмапара. Прылада і прынцып працы розных відаў дадзенага агрэгата прыведзены ніжэй.

Хромель-алюмініевыя тэрмапары

Дадзеныя схемы тэрмапар прымяняюцца ў большасці выпадкаў для вытворчасці розных датчыкаў і мацаў, якія дазваляюць кантраляваць тэмпературу ў прамысловай вытворчасці.

Іх адметнымі асаблівасцямі можна назваць даволі нізкую цану і велізарны дыяпазон вымяранай тэмпературы. Яны дазваляюць зафіксаваць тэмпературу ад -200 да 13000 градусаў Цэльсія.

Немэтазгодна ўжываць тэрмапары з падобнымі сплавамі ў цэхах і на аб'ектах з высокім утрыманнем серы ў паветры, так як гэты хімічны элемент негатыўна ўплывае як на хром, так і на алюміній, выклікаючы парушэнні ў функцыянаванні прылады.

Хромель-Копелева тэрмапары

Прынцып дзеяння тэрмапары, кантактная група якой складаецца з гэтых сплаваў, такі ж. Але гэтыя прылады працуюць у асноўным у вадкасці альбо газападобнай асяроддзі, якая валодае нейтральнымі, неагрэсіўныя ўласцівасцямі. Верхні тэмпературны паказчык не перавышае 8000 градусаў Цэльсія.

Прымяняецца падобная тэрмапара, прынцып дзеяння якой дазваляе выкарыстоўваць яе для ўстанаўлення ступені нагрэву якіх-небудзь паверхняў, напрыклад, для вызначэння тэмпературы мартэнаўскіх печаў небудзь іншых падобных канструкцый.

Жалеза-константановые тэрмапары

Дадзенае спалучэнне кантактаў у тэрмапары не настолькі распаўсюджана, як першая з разгляданых разнавіднасцяў. Прынцып працы тэрмапары такі ж, аднак падобная камбінацыя добра паказала сябе ў разрэджанай атмасферы. Максімальны ўзровень замяраць тэмпературы не павінен перавышаць 12500 градусаў Цэльсія.

Аднак, калі тэмпература пачынае падымацца вышэй 7000 градусаў, існуе небяспека парушэння дакладнасці вымярэнняў у сувязі са зменай фізіка-хімічных уласцівасцяў жалеза. Маюць месца нават выпадкі карозіі жалезнага кантакту тэрмапары пры наяўнасці ў навакольным паветры водных пароў.

Платинородий-плацінавыя тэрмапары

Найбольш дарагая ў вырабе тэрмапара. Прынцып дзеяння такой жа, аднак адрозніваецца яна ад сваіх субратаў вельмі стабільнымі і дакладнымі сведчаннямі тэмпературы. Мае паніжаную адчувальнасць.

Асноўная вобласць прымянення дадзеных прылад - вымярэнне высокіх тэмператур.

Вальфрам-рениевые тэрмапары

Таксама прымяняюцца для вымярэння звышвысокіх тэмператур. Максімальны мяжа, які можна зафіксаваць з дапамогай дадзенай схемы, дасягае 25 тысяч градусаў па шкале Цэльсія.

Іх ужыванне патрабуе выканання некаторых умоў. Так, у працэсе вымярэння тэмпературы трэба цалкам ліквідаваць навакольнае атмасферу, якая аказвае негатыўнае ўздзеянне на кантакты ў выніку працэсу акіслення.

Для гэтага вальфрам-рениевые тэрмапары звычайна змяшчаюць у ахоўныя кажухі, запоўненыя інэртным газам, якія абараняюць іх элементы.

Вышэй была разгледжана кожная існуючая тэрмапара, прылада, прынцып працы яе ў залежнасці ад ужывальных сплаваў. Зараз разгледзім некаторыя канструктыўныя асаблівасці.

канструкцыі тэрмапар

Існуе дзве асноўныя разнавіднасці канструкцый тэрмапар.

• З ужываннем ізаляцыйнага пласта. Дадзеная канструкцыя тэрмапары прадугледжвае ізаляванасць працоўнага пласта прылады ад электрычнага току. Падобная схема дазваляе выкарыстоўваць тэрмапару ў тэхналагічным працэсе без ізаляцыі ўваходу ад зямлі.

• Без прымянення ізаляцыйнага пласта. Такія тэрмапары могуць падлучацца толькі да вымяральным схемах, ўваходы якіх не маюць кантакту з зямлёй. Калі дадзенае ўмова не выконваецца, у прыладзе паўстане дзве незалежных замкнёных схемы, у выніку чаго паказанні, атрыманыя з дапамогай тэрмапары, не будуць адпавядаць рэчаіснасці.

Бягучы тэрмапара і яе прымяненне

Існуе асобная разнавіднасць дадзенай прылады, названая «бягучым». Прынцып дзеяння беглым тэрмапары мы зараз разгледзім больш падрабязна.

Гэтая канструкцыя прымяняецца ў асноўным для вызначэння тэмпературы сталёвы нарыхтоўкі пры яе апрацоўцы на такарных, фрэзерных і іншых падобных станках.

Варта адзначыць, што ў дадзеным выпадку магчыма выкарыстанне і звычайнай тэрмапары, аднак, калі працэс вырабу патрабуе высокай дакладнасці тэмпературнага рэжыму, што бегла тэрмапару цяжка пераацаніць.

Што датычыцца прымянення дадзенага метаду ў нарыхтоўку загадзя запаивают яе кантактныя элементы. Затым, у працэсе апрацоўкі даўбешкі, дадзеныя кантакты пастаянна падвяргаюцца ўздзеянню разца ці іншага працоўнага інструмента станка, у выніку чаго спай (які з'яўляецца галоўным элементам пры зняцці тэмпературных паказчыкаў) як бы «бяжыць» па кантактах.

Гэты эфект паўсюдна ўжываецца ў металаапрацоўчай прамысловасці.

Тэхналагічныя асаблівасці канструкцый тэрмапар

Пры вырабе рабочай схемы тэрмапары вырабляецца спайка двух металічных кантактаў, якія, як вядома, выраблены з розных матэрыялаў. Месца злучэння носіць назву «спай».

Варта адзначыць, што рабіць дадзенае злучэнне з дапамогай знітоўкі неабавязкова. Дастаткова проста скруціць разам два кантакту. Але такі спосаб вытворчасці не будзе валодаць дастатковым узроўнем надзейнасці, а таксама можа даваць хібнасці пры зняцці тэмпературных паказчыкаў.

Калі неабходна вымярэнне высокіх тэмператур, спайка металаў замяняецца на іх зварку. Гэта звязана з тым, што ў большасці выпадкаў прыпой, які ўжываецца пры злучэнні, мае нізкую тэмпературу плаўлення і руйнуецца пры перавышэнні яе ўзроўню.

Схемы, пры вырабе якіх была ўжытая зварка, вытрымліваюць больш шырокі дыяпазон тэмпературы. Але і гэты спосаб злучэння мае свае недахопы. Унутраная структура металу пры уздзеянні высокай тэмпературы ў працэсе зварвання можа змяніцца, што паўплывае на якасць атрыманых даных.

Акрамя таго, варта кантраляваць стан кантактаў тэрмапары ў працэсе яе эксплуатацыі. Так, магчыма змяненне характарыстык металаў у схеме з прычыны ўздзеяння агрэсіўнай навакольнага асяроддзя. Можа адбыцца акісленне небудзь ўзаемная дыфузія матэрыялаў. У падобнай сітуацыі варта замяніць рабочую схему тэрмапары.

Разнавіднасці спаев тэрмапар

Сучасная індустрыя вырабляе некалькі канструкцый, якія прымяняюцца пры вырабе тэрмапар:

• з адкрытым спаем;

• з ізаляваным спаем;

• з заземленым спаем.

Асаблівасцю тэрмапар з адкрытым спаем з'яўляецца дрэнная супраціўляльнасць вонкавага ўздзеяння.

Наступныя два тыпу канструкцыі могуць прымяняцца пры вымярэнні тэмператур у агрэсіўных асяроддзях, якія аказваюць разбуральны ўплыў на кантактную пару.

Акрамя таго, у цяперашні час прамысловасць асвойвае схемы вытворчасці тэрмапар па паўправадніковым тэхналогіях.

хібнасць вымярэнняў

Правільнасць тэмпературных паказчыкаў, якія атрымліваюць з дапамогай тэрмапары, залежыць ад матэрыялу кантактнай групы, а таксама знешніх фактараў. Да апошніх можна аднесці ціск, радыяцыйны фон небудзь іншыя прычыны, здольныя паўплываць на фізіка-хімічныя паказчыкі металаў, з якіх выраблены кантакты.

Хібнасць вымярэнняў складаецца з наступных складовых частак:

• выпадковая хібнасць, выкліканая асаблівасцямі вырабу тэрмапары;

• хібнасць, выкліканая парушэннем тэмпературнага рэжыму «халоднага» кантакту;

• хібнасць, прычынай якой паслужылі знешнія перашкоды;

• хібнасць кантрольнай апаратуры.

Перавагі выкарыстання тэрмапар

Да пераваг выкарыстання падобных прылад для кантролю тэмпературы, незалежна ад вобласці прымянення, можна аднесці:

• вялікі прамежак паказчыкаў, якія здольныя быць зафіксаваны з дапамогай тэрмапары;

• спайку тэрмапары, якая непасрэдна ўдзельнічае ў зняцці паказанняў, можна размясціць у непасрэдным кантакце з кропкай вымярэння;

• нескладаны працэс вырабу тэрмапар, іх трываласць і даўгавечнасць эксплуатацыі.

Недахопы вымярэння тэмпературы з дапамогай тэрмапары

Да недахопаў прымянення тэрмапары варта аднесці:

• Неабходнасць у сталым кантролі тэмпературы «халоднага» кантакту тэрмапары. Гэта адметная асаблівасць канструкцыі вымяральных прыбораў, у аснове якіх ляжыць тэрмапара. Прынцып дзеяння дадзенай схемы звужае вобласць яе прымянення. Яны могуць быць выкарыстаны толькі ў тым выпадку, калі тэмпература навакольнага паветра ніжэй тэмпературы ў кропцы вымярэння.

• Парушэнне ўнутранай структуры металаў, якія ўжываюцца пры вырабе тэрмапары. Справа ў тым, што ў выніку ўздзеяння знешняй навакольнага асяроддзя кантакты губляюць сваю аднастайнасць, што выклікае хібнасці ў атрымліваюцца тэмпературных паказчыках.

• У працэсе вымярэння кантактная група тэрмапары звычайна пад уплыў негатыўнага ўплыву навакольнага асяроддзя, што выклікае парушэнні ў працэсе працы. Гэта зноў жа патрабуе герметызацыі кантактаў, што выклікае дадатковыя выдаткі на абслугоўванне падобных датчыкаў.

• Існуе небяспека ўздзеяння электрамагнітных хваль на тэрмапару, канструкцыя якой прадугледжвае доўгую кантактную групу. Гэта таксама можа адбіцца на выніках вымярэнняў.

• У некаторых выпадках сустракаецца парушэнне лінейнай залежнасці паміж электрычным токам, якія ўзнікаюць у тэрмапары, і тэмпературай ў месцы вымярэння. Падобная сітуацыя патрабуе каліброўкі кантрольнай апаратуры.

заключэнне

Нягледзячы на наяўныя недахопы, метад вымярэння тэмпературы з дапамогай тэрмапар, які быў упершыню вынайдзены і апрабаваны яшчэ ў 19 стагоддзі, знайшоў сваё шырокае прымяненне ва ўсіх галінах сучаснай прамысловасці.

Акрамя таго, існуюць такія вобласці прымянення, дзе выкарыстанне тэрмапар з'яўляецца адзіным спосабам атрымання тэмпературных дадзеных. А азнаёміўшыся з дадзеным матэрыялам, вы дастаткова поўна разабраліся ў асноўных прынцыпах іх працы.