Termokupl nedir, çalışma prensibi, ana çeşitleri ve çeşitleri

Termokupl, bilim ve teknolojinin tüm dallarında sıcaklıkları ölçmek için kullanılan bir cihazdır. Bu makale, cihazın tasarımı ve çalışma prensibinin bir analizi ile termokupllara genel bir bakış sunmaktadır. Kısa özellikleri ile termokupl çeşitleri açıklanmış ve termokuplun bir ölçüm aracı olarak değerlendirilmesi de verilmiştir.

termokupl cihazı

Bir termokuplun çalışma prensibi. Seebeck etkisi

Bir termokuplun çalışması, Alman fizikçi Tomas Seebeck tarafından 1821'de keşfedilen termoelektrik etkinin ortaya çıkmasından kaynaklanmaktadır.

Bu fenomen, belirli bir ortam sıcaklığına maruz kaldığında kapalı bir elektrik devresinde elektriğin oluşmasına dayanmaktadır. Farklı bileşimdeki (benzersiz metaller veya alaşımlar) iki iletken (termoelektrot) arasında bir sıcaklık farkı olduğunda bir elektrik akımı meydana gelir ve kontaklarının (bağlantıların) yeri korunarak korunur. Cihaz, ölçülen sıcaklığın değerini bağlı olan ikincil cihazın ekranında görüntüler.

Çıkış voltajı ve sıcaklık doğrusal olarak ilişkilidir. Bu, ölçülen sıcaklıktaki bir artışın, termokuplun serbest uçlarında daha yüksek bir milivolt değeri ile sonuçlandığı anlamına gelir.

Sıcaklık ölçüm noktasında bulunan bağlantıya “sıcak”, kabloların dönüştürücüye bağlandığı yere “soğuk” denir.

Soğuk bağlantı sıcaklık telafisi (CJC)

Soğuk bağlantı kompanzasyonu (CJC), termokupl uçlarının bağlandığı noktadaki sıcaklık ölçülürken toplam okumaya düzeltme olarak uygulanan bir kompanzasyondur. Bunun nedeni, soğuk uçların gerçek sıcaklığı ile 0°C'de soğuk bağlantı sıcaklığı için kalibrasyon tablosunun hesaplanan okumaları arasındaki farklılıklardır.

CCS, bilinen bir soğuk bağlantı sıcaklığından (referans bağlantı noktası olarak da bilinir) mutlak sıcaklık okumalarının bulunduğu bir diferansiyel yöntemdir.

termokupl tasarımı

Bir termokupl tasarlarken, dış ortamın "saldırganlığı", maddenin toplanma durumu, ölçülen sıcaklık aralığı ve diğerleri gibi faktörlerin etkisi dikkate alınır.

Termokupl tasarım özellikleri:

1) İletkenlerin bağlantıları, daha fazla elektrik ark kaynağı ile (nadiren lehimleme ile) bükülerek veya bükülerek birbirine bağlanır.

ÖNEMLİ: Bağlantı özelliklerinin hızlı kaybı nedeniyle büküm yönteminin kullanılması önerilmez.

2) Termoelektrotlar, temas noktası hariç tüm uzunlukları boyunca elektriksel olarak izole edilmelidir.

3) Yalıtım yöntemi üst sıcaklık limiti dikkate alınarak seçilir.

• 100-120°C'ye kadar - herhangi bir yalıtım;
• 1300°C'ye kadar - porselen tüpler veya boncuklar;
• 1950°C'ye kadar - Al tüpler₂Ö₃;
• 2000°С'nin üzerinde - MgO, BeO, ThO'dan yapılmış borular₂, ZrO₂.

4) Koruyucu kapak.

Malzeme, termal ve kimyasal olarak dayanıklı, iyi termal iletkenliğe sahip (metal, seramik) olmalıdır. Önyükleme kullanımı, belirli ortamlarda korozyonu önler.

Uzatma (dengeleme) telleri

Bu tip tel, termokuplun uçlarını ikincil alete veya bariyere uzatmak için gereklidir. Termokupl birleşik bir çıkış sinyaline sahip yerleşik bir dönüştürücüye sahipse, kablolar kullanılmaz. En yaygın olarak kullanılan, "tablet" olarak adlandırılan birleşik bir sinyal 4-20mA ile sensörün standart terminal kafasında bulunan normalleştirici dönüştürücüdür.

Tellerin malzemesi termoelektrotların malzemesiyle çakışabilir, ancak çoğu zaman parazitik (indüklenmiş) termo-emflerin oluşumunu önleyen koşullar dikkate alınarak daha ucuz olanla değiştirilir. Uzatma tellerinin kullanılması, üretimi optimize etmenize de olanak tanır.

Hayat kesmek! Dengeleyici tellerin polaritesini doğru bir şekilde belirlemek ve bunları termokupl ile bağlamak için, anımsatıcı kuralı MM - eksi manyetize olduğunu unutmayın. Yani, herhangi bir mıknatıs alıyoruz ve artıdan farklı olarak tazminatın eksisi mıknatıslanacak.

Termokupl çeşitleri ve çeşitleri

Termokuplların çeşitliliği, kullanılan çeşitli metal alaşım kombinasyonları ile açıklanmaktadır. Termokupl seçimi sektöre ve gerekli sıcaklık aralığına göre yapılır.

Termokupl kromel-alümel (TXA)

Pozitif elektrot: krom alaşımı (%90 Ni, %10 Cr).
Negatif elektrot: alümel alaşımı (%95 Ni, %2 Mn, %2 Al, %1 Si).

Yalıtım malzemesi: porselen, kuvars, metal oksitler vb.

Sıcaklık aralığı -200°С ile 1300°С arasında kısa süreli ve 1100°С uzun süreli ısıtma.

Çalışma ortamı: inert, oksitleyici (O₂= %2-3 veya tamamen hariç), kuru hidrojen, kısa süreli vakum. Koruyucu bir örtünün varlığında indirgeyici veya redoks atmosferinde.

Dezavantajları: deformasyon kolaylığı, termo-EMF'nin geri dönüşümlü kararsızlığı.

Atmosferde eser miktarda kükürt ve zayıf oksitleyici bir atmosferde (“yeşil kil”) kromel varlığında alümelde korozyon ve gevrekleşme durumları olabilir.

Termokupl kromel-kopel (TKhK)

Pozitif elektrot: krom alaşımı (%90 Ni, %10 Cr).
Negatif elektrot: Kopel alaşımı (%54,5 Cu, %43 Ni, %2 Fe, %0,5 Mn).

Sıcaklık aralığı -253°С ila 800°С uzun süreli ve 1100°С kısa süreli ısıtma.

Çalışma ortamı: inert ve oksitleyici, kısa süreli vakum.

Dezavantajları: termoelektrot deformasyonu.

Uzun süreli vakum altında krom buharlaşma olasılığı; kükürt, krom, flor içeren bir atmosfer ile reaksiyon.

Termokupl demir-konstantan (TGK)

Pozitif elektrot: ticari olarak saf demir (yumuşak çelik).
Negatif elektrot: konstantan alaşımı (%59 Cu, %39-41 Ni, %1-2 Mn).

İndirgeyici, inert ortam ve vakumda ölçümler için kullanılır. -203°С ile 750°С arasında uzun süreli ve 1100°С kısa süreli ısıtma.

Pozitif ve negatif sıcaklıkların ortak ölçümü üzerine uygulama gelişir. Sadece negatif sıcaklıklar için kullanmak kârsızdır.

Dezavantajları: termoelektrot deformasyonu, düşük korozyon direnci.

Yaklaşık 700°C ve 900°C'de demirin fizikokimyasal özelliklerindeki değişiklikler. Korozyon oluşturmak için kükürt ve su buharı ile reaksiyona girer.

Tungsten-renyum termokupl (TVR)

Pozitif elektrot: BP5 (%95 W, %5 Rh) / BAP5 (silika ve alüminyum katkılı BP5) / BP10 (%90 W, %10 Rh) alaşımları.
Negatif elektrot: BP20 alaşımları (%80 W, %20 Rh).

Yalıtım: kimyasal olarak saf metal oksit seramikler.

Mekanik mukavemet, ısı direnci, kirliliğe karşı düşük hassasiyet, üretim kolaylığı not edilir.

1800°С ila 3000°С arasındaki sıcaklıkların ölçümü, alt sınır 1300°С'dir. Ölçümler inert gaz, kuru hidrojen veya vakum ortamında yapılır. Sadece hızlı proseslerde ölçüm için oksitleyici ortamlarda.

Dezavantajları: termo-EMF'nin zayıf tekrarlanabilirliği, ışınlama sırasında kararsızlığı, sıcaklık aralığında kararsız hassasiyet.

Termokupl tungsten-molibden (VM)

Pozitif elektrot: tungsten (ticari olarak saf).
Negatif elektrot: molibden (ticari olarak saf).

Yalıtım: alümina seramik, kuvars uçlarla korunmuştur.

İnert, hidrojen veya vakum ortamı. Yalıtım varlığında oksitleyici ortamlarda kısa süreli ölçümler yapmak mümkündür.Ölçülen sıcaklık aralığı 1400-1800°C'dir, maksimum çalışma sıcaklığı yaklaşık 2400°C'dir.

Dezavantajları: zayıf tekrarlanabilirlik ve termal EMF'nin hassasiyeti, polaritenin tersine çevrilmesi, yüksek sıcaklıklarda gevrekleşme.

Termokupllar platin-rodyum-platin (TPP)

Pozitif elektrot: platin-rodyum (Pt c %10 veya %13 Rh).
Negatif elektrot: platin.

Yalıtım: kuvars, porselen (düz ve refrakter). 1400°C'ye kadar - yüksek Al içeriğine sahip seramikler₂Ö₃, 1400°C'nin üzerinde - kimyasal olarak saf Al'den seramikler₂Ö₃.

Maksimum çalışma sıcaklığı 1400°C uzun süreli, 1600°C kısa süreli. Düşük sıcaklıkların ölçümü genellikle yapılmaz.

Çalışma ortamı: oksitleyici ve inert, koruma varlığında indirgeyici.

Dezavantajları: yüksek maliyet, ışınlama sırasında kararsızlık, kirlenmeye karşı yüksek hassasiyet (özellikle platin elektrot), yüksek sıcaklıklarda metal tane büyümesi.

Termokupllar platin-rodyum-platin-rodyum (TPR)

Pozitif elektrot: %30 Rh içeren Pt alaşımı.
Negatif elektrot: %6 Rh içeren Pt alaşımı.

Orta: oksitleyici, nötr ve vakum. Koruma varlığında metallerin veya metal olmayanların buharlarını azaltmak ve içermek için kullanın.

Maksimum çalışma sıcaklığı 1600°C uzun süreli, 1800°C kısa süreli.

Yalıtım: Al seramik₂Ö₃ yüksek saflık.

Platin-rodyum-platin termokupldan kimyasal kirlenmeye ve tane büyümesine karşı daha az hassastır.

Termokupl bağlantı şeması

• Bir potansiyometre veya galvanometreyi doğrudan iletkenlere bağlama.
• Dengeleyici tellerle bağlantı;
• Birleştirilmiş çıkışlı bir termokupl için geleneksel bakır teller ile bağlantı.

Termokupl İletken Renk Standartları

Renkli iletken yalıtımı, terminallere doğru bağlantı için termoelektrotları birbirinden ayırmaya yardımcı olur. Standartlar ülkeye göre farklılık gösterir, iletkenler için belirli bir renk kodu yoktur.

ÖNEMLİ: Hataları önlemek için işletmede kullanılan standardı bilmek gerekir.

Ölçüm doğruluğu

Doğruluk, termokupl tipine, sıcaklık aralığına, malzemenin saflığına, elektriksel gürültüye, korozyona, bağlantı özelliklerine ve üretim sürecine bağlıdır.

Termokupllara, bir ölçüm güven aralığı oluşturan bir tolerans sınıfı (standart veya özel) atanır.

ÖNEMLİ: Üretim sırasındaki özellikler operasyon sırasında değişir.

Ölçüm hızı

Hız, birincil dönüştürücünün sıcaklık sıçramalarına ve bunları takip eden ölçüm cihazının giriş sinyallerinin akışına hızlı tepki verme yeteneği ile belirlenir.

Performansı artıran faktörler:

1. Birincil dönüştürücünün uzunluğunun doğru kurulumu ve hesaplanması;
2. Koruyucu manşonlu bir dönüştürücü kullanırken, manşonların daha küçük bir çapını seçerek ünitenin kütlesini azaltmak gerekir;
3. Birincil dönüştürücü ile koruyucu kılıf arasındaki hava boşluğunu en aza indirgemek;
4. Yaylı bir birincil dönüştürücünün kullanılması ve manşondaki boşlukların ısı ileten bir dolgu maddesi ile doldurulması;
5. Hızlı hareket eden veya daha yoğun bir ortam (sıvı).

Termokupl Performans Kontrolü

Performansı kontrol etmek için özel bir ölçüm cihazı (test cihazı, galvanometre veya potansiyometre) bağlayın veya çıkış voltajını bir milivoltmetre ile ölçün. Ok veya dijital gösterge dalgalanmaları varsa, termokupl servis edilebilir, aksi takdirde cihaz değiştirilmelidir.

Termokupl arızasının nedenleri:

1. Koruyucu bir koruyucu cihazın kullanılmaması;
2. Elektrotların kimyasal bileşimindeki değişiklik;
3. Yüksek sıcaklıklarda gelişen oksidatif süreçler;
4. Kontrol ve ölçüm cihazının bozulması vb.

Termokupl kullanmanın avantajları ve dezavantajları

Bu cihazı kullanmanın avantajları şunlardır:

• Geniş sıcaklık ölçüm aralığı;
• Yüksek doğruluk;
• Basitlik ve güvenilirlik.

Dezavantajları şunları içerir:

• Soğuk bağlantının sürekli izlenmesinin uygulanması, kontrol ekipmanının doğrulanması ve kalibrasyonu;
• Cihazın imalatı sırasında metallerde yapısal değişiklikler;
• Atmosferin bileşimine bağımlılık, sızdırmazlık maliyeti;
• Elektromanyetik dalgalar nedeniyle ölçüm hatası.

Benzer makaleler: