Måling av overflatetemperaturer med termoelementer

Eksisterer ikke termoelement av en typedesignet for å måle overflatetemperaturen til faste legemer (overflate termoelementer). Overfloden av eksisterende overflatetermoelementdesign skyldes først og fremst mangfoldet av måleforhold og egenskaper til overflater hvis temperaturer skal måles.

I industriell praksis er det nødvendig å måle temperaturen på overflater med forskjellige geometriske former, faste og roterende legemer, elektrisk ledende legemer og isolatorer, legemer med høy og lav varmeledningsevne, glatte og ru. Derfor er overflatetermoelementer egnet for bruk under noen forhold uegnet i andre.

Måle temperaturen på en metalloverflate ved å sveise et termoelement

Ganske ofte, for å måle temperaturen på oppvarmede tynne metallplater eller faste legemer, blir et termoelementforbindelse direkte loddet eller sveiset til overflaten som testes.Denne metoden for temperaturmåling kan bare anses som akseptabel hvis visse forholdsregler tas.

Varmevekslingen mellom overflaten av platen og koblingskulen til termoelementene utføres hovedsakelig ved at varmestrømmen passerer gjennom kontaktflaten deres, som er en del av overflaten av krysset og termoelektroder ved siden av krysset. Til en viss grad skjer varmeveksling ved stråling mellom platen og den delen av termoelektrodeoverflaten som ikke er i kontakt med den.

På den annen side mister den delen av koblingsoverflaten som er i kontakt med platen og termoelement-termoelektrodene termisk energi på grunn av stråling til kaldere kropper som omgir platen og konvektiv varmeoverføring til luftstrømmene som vasker koblingen.

Således sprer krysset og tilstøtende termoelementtermoelektroder en betydelig del av den termiske energien som kontinuerlig tilføres til krysset gjennom platens kontaktflate.

Som et resultat av likevekten viser det seg at temperaturen på krysset og den tilstøtende delen av overflaten av platen er mye lavere enn temperaturen på delene av platen som er fjernt fra krysset (når man måler høye temperaturer på tynne plater, denne systematiske målefeilen kan nå hundrevis av grader).

Denne feilen reduseres ved å redusere mengden varmefluks som spres av koblingselektrodene og termoelementet. For dette formålet er det nyttig å bruke termoelementer laget av de tynneste termoelektrodene som mulig.

Selve termoelektrodene bør ikke umiddelbart fjernes fra platen, men det er bedre å først plassere dem i termisk kontakt med platen i en avstand som tilsvarer minst 50 diametre av termoelektrodene.

Det bør huskes at hvis platen og overflaten til termoelektrodene ikke er oksidert, kan de lukkes av platen og målt termoelektrisk effekt. etc. v. termoelement vil tilsvare temperaturen ikke til termoelementforbindelsen, men til temperaturen til termoelementets kontaktpunkt med overflaten.

I dette tilfellet bør et tynt lag med elektrisk isolasjon, for eksempel et tynt ark med glimmer, legges mellom termoelektrodene og platen. Det anbefales også å dekke hele overflaten av krysset og termoelektrodeområdet med et lag med termisk isolasjon, for eksempel et ildfast belegg, for å redusere tap på grunn av stråling og konvektiv varmeoverføring.

Ved å følge disse forholdsreglene er det mulig å sikre at overflatetemperaturen til metalldeler måles innen noen få grader.

Noen ganger er det ikke koblingen til termoelementet som er sveiset til overflaten av metallplaten, men termoelementene i en viss avstand fra hverandre.

Denne metoden for å måle temperaturen på en metalloverflate kan anses som akseptabel bare hvis det er tillit til likheten mellom temperaturene på platene ved de to punktene for sveising av termoelektroder. Ellers vil parasittisk termoelektrisk kraft vises i termoelementkretsen. d. s utviklet fra termoelektrodematerialene med platematerialet.

Nedenfor er en beskrivelse av termoelementer som bue, lapp og bajonett.De brukes til å måle temperaturen på overflatene til stasjonære legemer.

Termoelement med sløyfe (bånd)

Nesetermoelementet er utstyrt med et følsomt element laget i form av en stripe laget av to metaller eller legeringer (for eksempel krom og alumel) med en lengde på 300 mm, en bredde på 10 - 15 mm, loddet eller sveiset i pannen og rullet til en tykkelse på 0,1 - 0,2 mm...

Endene av båndet med skjøt i midten festes på isolatorer i endene av et bueformet fjærhåndtak slik at båndet til enhver tid er stramt. Fra endene til terminalene på måleapparatet (millivoltmeter) er det ledninger laget av de samme materialene som de to halvdelene av båndet.

For å måle temperaturen på en konveks overflate, presses stråletermoelementet mot den overflaten fra midtdelen slik at overflaten dekkes med tape, minst i 30 mm seksjoner på hver side av krysset.

Gris termoelement

Termoelektrodene som danner et termoelement er loddet inn i de gjennomgående hullene på den røde kobberskiven. For å sikre den mekaniske styrken til strukturen brukes termoelektroder med en diameter på 2 - 3 mm. Den nedre overflaten av skiven ("lappen") er støpt inn i overflaten som termoelementet er beregnet på for å måle temperaturen.

Den termoelektromotoriske kraften til lapptermoelementet dannes som et resultat av lukkingen av termoelektrodene av metallet i lappen. Ved god lodding skjer denne lukkingen over hele overflaten av termoelektrodesegmentene som er forsenket inne i lappen.Men den elektriske kretsen med den laveste motstanden er hovedsakelig dannet av det øvre overflatelaget på lappen, og temperaturen på dette laget bestemmer hovedsakelig den termoelektriske kraften. etc. v. termoelementer.

Varmebalanselikningene til patch-termoelementet er lik det som ble gjort ovenfor for strimmeltermoelementet, med den forskjellen at i tillegg til varmefluksen som forsvinner som et resultat av konvektiv og strålingsvarmeoverføring fra den ytre overflaten av lappen, på stor viktigheten er å ta hensyn til den delen av den avlede varmefluksen som suges av termoelektrodelappene på grunn av deres varmeledningsevne.

Det er nødvendig å ta hensyn til følgende forhold. Termoelektroder er laget av forskjellige metaller eller legeringer med forskjellige verdier av koeffisienten for varmeledningsevne. Således er for eksempel platina-rhodium-termoelementet av PP-typen preget av en varmeledningskoeffisient som er halvparten av det andre termoelementet - platina.

Hvis diametrene til termoelektrodene er de samme, vil forskjellen i verdiene til termoelektrodenes varmeledningskoeffisienter føre til at det dannes en temperaturforskjell på stedene for elektrisk kontakt mellom termoelektrodene og lapp, som vil føre til utseendet av parasittisk termoelektrisk energi i termoelementkretsen . etc. med

Pin termoelement

Termoelementer av denne typen brukes først og fremst til å måle overflatetemperaturene til relativt myke metaller og legeringer. For et bajonett termoelement brukes termoelektroder laget av tilstrekkelig harde legeringer, for eksempel kromel og alumel med en diameter på 3-5 mm.

En av termoelement-termoelektrodene er festet fast på hodet, og den andre kan bevege seg på sin akse, og i den ikke-fungerende tilstanden trekkes enden av en fjær under enden av den første termoelektroden. Endene av de to termoelektrodene er spisse.

Når et termoelement bringes til et objekt av betydelig størrelse, berører overflaten av objektet først spissen av den bevegelige termoelektroden. Med ekstra trykk på hodet går termoelektroden inn i det til spissen av termoelektroden møter overflaten av objektet. Begge punktene gjennomborer deretter overflateoksidfilmen på overflaten av objektet og dette metallet lukker den elektriske kretsen til termoelementet.

Med god skjerping av endene av termoelektrodene gir termoelementet pålitelige resultater for måling av temperaturen på overflatene til ikke-jernholdige metaller med en myk, lett gjennomborende oksidfilm.

Bruken av et bajonett termoelement med stumpe spisser fører til at kontaktflatene til de to termoelektrodene med objektet blir relativt store, som et resultat av at overflatene til objektene avkjøles på de stedene der endene av termoelementene berører og termoelementet gir klart undervurderte temperaturavlesninger. Imidlertid, allerede etter 20 - 30 sekunder, varmer varmen som kommer fra de omkringliggende områdene av objektet opp den avkjølte delen, og med den endene av termoelektrodene.

Således gir et bajonetttermoelement med stumpe ender i kontaktøyeblikket undervurderte avlesninger av temperaturen til objektet, hvoretter avlesningene øker i løpet av noen få titalls sekunder, og nærmer seg en stabil verdi asymptotisk.Denne stabile verdien skiller seg mer fra den faktiske verdien av overflatetemperaturen til objektet, jo større kontaktflaten til de butte endene av termoelektrodene er med objektet.

Kalibrering av overflatetermoelementer

Den stasjonære temperaturen til overflatetermoelementet er lavere enn den målte temperaturen på overflaten som termoelementet er i kontakt med. Denne temperaturforskjellen kan i stor grad forklares på grunn av kalibreringen av overflatetermoelementet under varmeoverføringsforhold fra dens ytre overflate, som nærmer seg driftsforhold.

Fra denne posisjonen følger det at kalibreringskarakteristikken til termoelementoverflater kan avvike betydelig fra karakteristikken til et termoelement dannet av de samme termoelektrodene, men kalibrert ved sammenligningsmetoden med et eksempel, når de samtidig er nedsenket i et termostatert rom.

Derfor kan overflatetermoelementer ikke kalibreres ved nedsenking i termostater (væskelaboratorievarmetermostater for kalibrering av termoelementer). En annen kalibreringsteknikk må brukes på dem.

Overflatermoelementer kalibreres ved å påføre det nødvendige trykket på den ytre metalloverflaten til den tynnveggede væsketermostaten. Den oppvarmede væsken inne i termostaten blandes godt og temperaturen måles med en prøveenhet.

Den ytre overflaten av termostaten er dekket med et lag med termisk isolasjon. Den termiske isolasjonen dekker ikke bare et lite område av den ytre overflaten, som er omtrent halvparten av høyden på termostaten, som termoelementet er påført.

I denne utformingen kan temperaturen på metalloverflaten til termostaten under overflatetermoelementet, med en feil som ikke overstiger noen få tideler av en grad, betraktes som lik temperaturen på væsken i termostaten.