Mätning av yttemperaturer med termoelement

Existerar inte termoelement av en typutformad för att mäta yttemperaturen på fasta kroppar (yttermoelement). Mängden av befintliga yttermoelementkonstruktioner beror främst på mångfalden av mätförhållanden och egenskaper hos ytor vars temperaturer ska mätas.

I industriell praktik är det nödvändigt att mäta temperaturen på ytor med olika geometriska former, fasta och roterande kroppar, elektriskt ledande kroppar och isolatorer, kroppar med hög och låg värmeledningsförmåga, släta och grova. Därför är yttermoelement lämpliga för användning under vissa förhållanden olämpliga i andra.

Mätning av temperaturen på en metallyta genom att svetsa ett termoelement

Ganska ofta, för att mäta temperaturen på uppvärmda tunna metallplattor eller solida kroppar, löds eller svetsas en termoelementkoppling direkt till ytan som testas.Denna metod för temperaturmätning kan endast anses acceptabel om vissa försiktighetsåtgärder vidtas.

Värmeväxlingen mellan plattans yta och termoelementens kopplingskula utförs huvudsakligen genom att värmeflödet passerar genom deras kontaktyta, som är en del av ytan av kopplingen och termoelektroder intill kopplingen. Till viss del sker värmeväxling genom strålning mellan plattan och den del av termoelektrodövergångsytan som inte är i kontakt med den.

Å andra sidan förlorar den del av övergångsytan som är i kontakt med plattan och termoelementets termoelektroder termisk energi på grund av strålning till kallare kroppar som omger plattan och konvektiv värmeöverföring till luftflödena som tvättar övergången.

Sålunda avleder kopplingspunkten och intilliggande termoelementtermoelektroder en betydande del av den termiska energin som kontinuerligt tillförs förbindelsen genom plattans kontaktyta.

Som ett resultat av jämvikten visar sig temperaturen på korsningen och den intilliggande delen av plattans yta vara mycket lägre än temperaturen på de delar av plattan som ligger på avstånd från korsningen (när man mäter höga temperaturer på tunna plattor, detta systematiska mätfel kan nå hundratals grader).

Detta fel reduceras genom att minska mängden värmeflöde som avleds av kopplingselektroderna och termoelementet. För detta ändamål är det användbart att använda termoelement tillverkade av de tunnaste termoelektroderna som möjligt.

Själva termoelektroderna bör inte omedelbart tas bort från plattan, men det är bättre att först placera dem i termisk kontakt med plattan på ett avstånd lika med minst 50 diametrar av termoelektroderna.

Man bör komma ihåg att om plattan och termoelektrodernas yta inte oxideras kan de stängas av plattan och uppmätt termoelektrisk effekt. etc. v. termoelement kommer att motsvara temperaturen inte för termoelementets förbindelse utan mot temperaturen för termoelementets kontaktpunkt med ytan.

I detta fall bör ett tunt lager av elektrisk isolering, till exempel en tunn skiva av glimmer, placeras mellan termoelektroderna och plattan. Det rekommenderas också att täcka hela ytan av korsningen och termoelektrodområdet med ett skikt av värmeisolering, till exempel en eldfast beläggning, för att minska förluster på grund av strålning och konvektiv värmeöverföring.

Genom att följa dessa försiktighetsåtgärder är det möjligt att säkerställa att yttemperaturen på metalldelar mäts inom några få grader.

Ibland är det inte termoelementets anslutning som är svetsad till metallplattans yta, utan dess termoelement på ett visst avstånd från varandra.

Denna metod för att mäta temperaturen på en metallyta kan endast anses acceptabel om det finns förtroende för jämlikheten mellan plattornas temperaturer vid de två svetspunkterna för termoelektroder. Annars kommer parasitisk termoelektrisk effekt att dyka upp i termoelementkretsen. d. s utvecklats från termoelektrodmaterialen med plattmaterialet.

Nedan finns en beskrivning av termoelement som pilbåge, lapp och bajonett.De används för att mäta temperaturen på ytorna på stationära kroppar.

Termoelement med rosett (band)

Nästermoelementet är utrustat med ett känsligt element i form av en remsa gjord av två metaller eller legeringar (till exempel kromel och alumel) med en längd på 300 mm, en bredd på 10 - 15 mm, lödd eller svetsad i pannan och rullad till en tjocklek av 0,1 - 0,2 mm...

Bandets ändar med en skarv i mitten fästs på isolatorer i ändarna av ett bågformat fjäderhandtag så att bandet hela tiden är spänt. Från dess ändar till terminalerna på mätanordningen (millivoltmeter) finns ledningar gjorda av samma material som de två halvorna av tejpen.

För att mäta temperaturen på en konvex yta, pressas stråltermoelementet mot den ytan från mittdelen så att ytan täcks med tejp, åtminstone i 30 mm sektioner på vardera sidan av korsningen.

Gris termoelement

Termoelektroderna som bildar ett termoelement löds in i de genomgående hålen på den röda kopparskivan. För att säkerställa strukturens mekaniska styrka används termoelektroder med en diameter på 2 - 3 mm. Skivans nedre yta ("lappen") är gjuten i den yta för vilken termoelementet är avsett att mäta temperaturen.

Den termoelektromotoriska kraften hos patchtermoelementet bildas som ett resultat av att termoelektroderna stängs av plåstrets metall. Vid bra lödning sker denna förslutning över hela ytan av termoelektrodsegmenten försänkta inuti lappen.Men den elektriska kretsen med det lägsta motståndet bildas huvudsakligen av plåstrets övre ytskikt, och temperaturen på detta skikt bestämmer huvudsakligen den termoelektriska kraften. etc. v. termoelement.

Värmebalansekvationerna för patchtermoelementet liknar det som gjordes ovan för bandtermoelementet, med skillnaden att förutom värmeflödet som avleds som ett resultat av konvektiv och strålningsvärmeöverföring från plåstrets yttre yta, av stor Det är viktigt att ta hänsyn till den del av det avledda värmeflödet som sugs av termoelektrodfläckarna på grund av deras värmeledningsförmåga.

Det är nödvändigt att ta hänsyn till följande omständigheter. Termoelektroder är gjorda av olika metaller eller legeringar med olika värden på värmeledningskoefficienten. Sålunda kännetecknas till exempel platina-rodium-termoelementet av PP-typ av en värmeledningskoefficient som är hälften av det andra termoelementet - platina.

Om termoelektrodernas diametrar är desamma, kommer skillnaden i värdena för termoelektrodernas värmeledningskoefficienter att leda till det faktum att en temperaturskillnad bildas på platserna för elektrisk kontakt mellan termoelektroderna och patch, vilket kommer att leda till uppkomsten av parasitisk termoelektrisk energi i termoelementkretsen . etc. med

Stift termoelement

Termoelement av denna typ används främst för att mäta yttemperaturen på relativt mjuka metaller och legeringar. För ett bajonetttermoelement används termoelektroder gjorda av tillräckligt hårda legeringar, till exempel kromel och alumel med en diameter på 3-5 mm.

En av termoelementets termoelektroder är fixerad på huvudet, och den andra kan röra sig på sin axel, och i det icke-fungerande tillståndet dras dess ände av en fjäder under änden av den första termoelektroden. Ändarna på de två termoelektroderna är spetsiga.

När ett termoelement förs till ett föremål av betydande storlek, vidrör föremålets yta först spetsen av den rörliga termoelektroden. Med ytterligare tryck på huvudet kommer termoelektroden in i det tills spetsen av termoelektroden möter objektets yta. Båda punkterna tränger sedan igenom ytoxidfilmen på föremålets yta och denna metall stänger termoelementets elektriska krets.

Med bra skärpning av termoelektrodernas ändar ger termoelementet tillförlitliga resultat för mätning av temperaturerna på ytorna på icke-järnmetaller med en mjuk, lättgenomborrad oxidfilm.

Användningen av ett bajonetttermoelement med trubbiga spetsar leder till att kontaktytorna på de två termoelektroderna med föremålet blir relativt stora, vilket resulterar i att föremålens ytor svalnar på de platser där termoelementens ändar berör och termoelementet ger klart underskattade temperaturavläsningar. Men redan efter 20 — 30 sekunder värmer värmen som kommer från de omgivande områdena av föremålet upp den kylda sektionen och med den ändarna på termoelektroderna.

Således ger ett bajonetttermoelement med trubbiga ändar i kontaktögonblicket underskattade avläsningar av objektets temperatur, varefter dess avläsningar ökar inom några tiotals sekunder och närmar sig asymptotiskt ett stabilt värde.Detta stabila värde skiljer sig mer från det faktiska värdet på objektets yttemperatur, ju större kontaktytan på termoelektrodernas trubbiga ändar är med objektet.

Kalibrering av yttermoelement

Den stationära temperaturen för yttermoelementet är lägre än den uppmätta temperaturen på ytan som termoelementet är i kontakt med. Denna temperaturskillnad kan till stor del förklaras på grund av kalibreringen av yttermoelementet under värmeöverföringsförhållanden från dess yttre yta, närmar sig driftsförhållanden.

Från denna position följer att kalibreringskarakteristiken för termoelementytor kan skilja sig avsevärt från karakteristiken för ett termoelement bildat av samma termoelektroder, men kalibrerat med metoden för jämförelse med ett exempel, när de samtidigt är nedsänkta i ett termostaterat utrymme.

Därför kan yttermoelement inte kalibreras genom nedsänkning i termostater (vätskelaboratorievärmermostater för kalibrering av termoelement). En annan kalibreringsteknik måste tillämpas på dem.

Yttermoelement kalibreras genom att applicera erforderligt tryck på den yttre metallytan på den tunnväggiga vätsketermostaten. Den uppvärmda vätskan inuti termostaten blandas väl och dess temperatur mäts med någon provanordning.

Termostatens yttre yta är täckt med ett lager av värmeisolering. Värmeisoleringen täcker inte bara ett litet område av den yttre ytan, vilket är ungefär halva höjden av termostaten, på vilken termoelementet appliceras.

I denna design kan temperaturen på termostatens metallyta under yttermoelementet, med ett fel som inte överstiger några tiondelar av en grad, anses vara lika med temperaturen på vätskan i termostaten.