การวัดอุณหภูมิพื้นผิวด้วยเทอร์โมคัปเปิล

ไม่ได้อยู่ เทอร์โมคัปเปิลชนิดหนึ่งออกแบบมาเพื่อวัดอุณหภูมิพื้นผิวของวัตถุที่เป็นของแข็ง (เทอร์โมคัปเปิลพื้นผิว) การออกแบบเทอร์โมคัปเปิลพื้นผิวที่มีอยู่อย่างมากมายมีสาเหตุหลักมาจากเงื่อนไขการวัดที่หลากหลายและคุณสมบัติของพื้นผิวที่จะวัดอุณหภูมิ

ในทางปฏิบัติทางอุตสาหกรรม จำเป็นต้องวัดอุณหภูมิของพื้นผิวที่มีรูปทรงเรขาคณิตต่างๆ วัตถุคงที่และหมุนได้ วัตถุนำไฟฟ้าและฉนวน วัตถุที่มีค่าการนำความร้อนสูงและต่ำ เรียบและหยาบ ดังนั้นเทอร์โมคัปเปิลพื้นผิวที่เหมาะกับการใช้งานในบางสภาวะจึงไม่เหมาะสมในสภาวะอื่นๆ

การวัดอุณหภูมิของพื้นผิวโลหะโดยการเชื่อมเทอร์โมคัปเปิล

บ่อยครั้ง ในการวัดอุณหภูมิของแผ่นโลหะบางหรือของแข็งที่ให้ความร้อน จุดเชื่อมต่อเทอร์โมคัปเปิลจะถูกบัดกรีหรือเชื่อมโดยตรงกับพื้นผิวที่ทดสอบวิธีการวัดอุณหภูมินี้จะถือว่ายอมรับได้ก็ต่อเมื่อมีข้อควรระวังบางประการเท่านั้น

การแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างพื้นผิวของแผ่นและลูกเชื่อมต่อของเทอร์โมคัปเปิลส่วนใหญ่ดำเนินการโดยการไหลของความร้อนผ่านพื้นผิวสัมผัส ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของพื้นผิวของทางแยกและเทอร์โมอิเล็กโทรดที่อยู่ติดกับทางแยก ในระดับหนึ่ง การแลกเปลี่ยนความร้อนเกิดขึ้นโดยการแผ่รังสีระหว่างแผ่นและส่วนของพื้นผิวชุมทางเทอร์โมอิเล็กโทรดที่ไม่ได้สัมผัสกับมัน

ในทางกลับกัน ส่วนของพื้นผิวทางแยกที่สัมผัสกับเพลตและเทอร์โมคัปเปิลเทอร์โมอิเล็กโทรดจะสูญเสียพลังงานความร้อนเนื่องจากการแผ่รังสีไปยังวัตถุที่เย็นกว่ารอบๆ แผ่น และการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนไปยังอากาศที่ไหลไปล้างทางแยก

ดังนั้น ทางแยกและเทอร์โมคัปเปิลเทอร์โมอิเล็กโทรดที่อยู่ติดกันจะกระจายส่วนสำคัญของพลังงานความร้อนที่จ่ายให้กับทางแยกอย่างต่อเนื่องผ่านพื้นผิวสัมผัสของแผ่น

อันเป็นผลมาจากความสมดุลอุณหภูมิของทางแยกและส่วนที่อยู่ติดกันของพื้นผิวของแผ่นจะต่ำกว่าอุณหภูมิของส่วนต่าง ๆ ของแผ่นที่อยู่ห่างไกลจากทางแยก (เมื่อทำการวัดอุณหภูมิที่สูงของแผ่นบาง ๆ ข้อผิดพลาดในการวัดอย่างเป็นระบบนี้อาจสูงถึงหลายร้อยองศา)

ข้อผิดพลาดนี้จะลดลงโดยการลดปริมาณฟลักซ์ความร้อนที่กระจายโดยอิเล็กโทรดของจุดเชื่อมต่อและเทอร์โมคัปเปิล เพื่อจุดประสงค์นี้ จะเป็นประโยชน์ในการใช้เทอร์โมคัปเปิลที่ทำจากเทอร์โมอิเล็กโทรดที่บางที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

ไม่ควรถอดเทอร์โมอิเล็กโทรดออกจากเพลตทันที แต่ควรวางเทอร์โมอิเล็กโทรดไว้ในที่สัมผัสความร้อนกับเพลตในระยะห่างเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางอย่างน้อย 50 เส้นผ่านศูนย์กลางของเทอร์โมอิเล็กโทรดเป็นอย่างน้อย

ควรระลึกไว้เสมอว่าหากแผ่นและพื้นผิวของเทอร์โมอิเล็กโทรดไม่ถูกออกซิไดซ์ พวกเขาสามารถปิดแผ่นและ พลังงานเทอร์โมอิเล็กตริกที่วัดได้ เป็นต้น ก. เทอร์โมคัปเปิล จะสอดคล้องกับอุณหภูมิที่ไม่ใช่ของทางแยกเทอร์โมคัปเปิลแต่จะสอดคล้องกับอุณหภูมิของจุดที่เทอร์โมคัปเปิลสัมผัสกับพื้นผิว

ในกรณีนี้ ควรวางฉนวนไฟฟ้าบาง ๆ เช่น แผ่นไมกาบาง ๆ ระหว่างเทอร์โมอิเล็กโทรดกับแผ่น ขอแนะนำให้คลุมพื้นผิวทั้งหมดของทางแยกและบริเวณเทอร์โมอิเล็กโทรดด้วยชั้นของฉนวนกันความร้อน เช่น การเคลือบวัสดุทนไฟ เพื่อลดการสูญเสียเนื่องจากการแผ่รังสีและการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อน

การปฏิบัติตามข้อควรระวังเหล่านี้ทำให้มั่นใจได้ว่าจะวัดอุณหภูมิพื้นผิวของชิ้นส่วนโลหะได้ภายในไม่กี่องศา

บางครั้งไม่ใช่การเชื่อมต่อของเทอร์โมคัปเปิลที่เชื่อมกับพื้นผิวของแผ่นโลหะ แต่เทอร์โมคัปเปิลอยู่ห่างจากกันพอสมควร

วิธีการวัดอุณหภูมิของพื้นผิวโลหะนี้ถือได้ว่ายอมรับได้ก็ต่อเมื่อมีความมั่นใจในความเท่าเทียมกันของอุณหภูมิของแผ่นที่จุดเชื่อมเทอร์โมอิเล็กโทรดสองจุด มิฉะนั้น พลังงานความร้อนแบบกาฝากจะปรากฏในวงจรเทอร์โมคัปเปิล ง. s พัฒนาจากวัสดุเทอร์โมอิเล็กโทรดกับวัสดุแผ่น

ด้านล่างนี้เป็นคำอธิบายของเทอร์โมคัปเปิล เช่น คันธนู แผ่นแปะ และดาบปลายปืนใช้สำหรับวัดอุณหภูมิพื้นผิวของวัตถุที่อยู่นิ่ง

เทอร์โมคัปเปิลพร้อมโบว์ (ริบบิ้น)

เทอร์โมคัปเปิลจมูกมีส่วนประกอบที่ละเอียดอ่อนซึ่งทำในรูปแบบของแถบที่ทำจากโลหะหรือโลหะผสมสองชนิด (เช่น โครเมลและอลูเมล) ที่มีความยาว 300 มม. ความกว้าง 10 — 15 มม. บัดกรีหรือเชื่อมใน หน้าผากและรีดให้มีความหนา 0.1 — 0.2mm...

ปลายสายที่มีข้อต่อตรงกลางยึดไว้กับฉนวนที่ปลายด้ามสปริงรูปคันธนู เพื่อให้สายตึงตลอดเวลา จากปลายถึงขั้วของอุปกรณ์วัด (มิลลิโวลต์มิเตอร์) มีสายไฟที่ทำจากวัสดุเดียวกันกับเทปสองซีก

ในการวัดอุณหภูมิของพื้นผิวนูน เทอร์โมคัปเปิลแบบลำแสงจะถูกกดลงบนพื้นผิวนั้นจากส่วนตรงกลางเพื่อให้พื้นผิวถูกปิดด้วยเทป อย่างน้อยสำหรับส่วน 30 มม. ที่ด้านใดด้านหนึ่งของทางแยก

เทอร์โมคัปเปิลหมู

เทอร์โมอิเล็กโทรดที่ก่อตัวเป็นเทอร์โมคัปเปิลจะถูกบัดกรีเข้าไปในรูทะลุของแผ่นดิสก์ทองแดงแดง เพื่อให้แน่ใจว่าโครงสร้างมีความแข็งแรงเชิงกลจึงใช้เทอร์โมอิเล็กโทรดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 2 - 3 มม. พื้นผิวด้านล่างของดิสก์ ("แพทช์") ถูกขึ้นรูปเป็นพื้นผิวที่เทอร์โมคัปเปิลมีจุดประสงค์เพื่อวัดอุณหภูมิ

แรงเทอร์โมอิเล็กโทรโมทีฟของเทอร์โมคัปเปิลแพตช์เกิดขึ้นจากการปิดเทอร์โมอิเล็กโทรดโดยโลหะของแพตช์ ในการบัดกรีที่ดี การปิดนี้เกิดขึ้นบนพื้นผิวทั้งหมดของส่วนเทอร์โมอิเล็กโทรดที่ฝังอยู่ภายในแพทช์แต่วงจรไฟฟ้าที่มีความต้านทานต่ำสุดส่วนใหญ่เกิดจากชั้นผิวด้านบนของแพทช์ และอุณหภูมิของชั้นนี้จะกำหนดพลังงานเทอร์โมอิเล็กทริกเป็นหลัก เป็นต้น v. เทอร์โมคัปเปิล.

สมการสมดุลความร้อนของเทอร์โมคัปเปิลแบบแพทช์นั้นคล้ายกับที่ทำไว้ข้างต้นสำหรับเทอร์โมคัปเปิลแบบแถบ โดยมีความแตกต่างที่นอกเหนือไปจากฟลักซ์ความร้อนที่กระจายออกไปอันเป็นผลมาจากการพาความร้อนและการแผ่รังสีความร้อนจากพื้นผิวด้านนอกของแพตช์ ความสำคัญคือการคำนึงถึงส่วนของฟลักซ์ความร้อนที่กระจายออกไปซึ่งถูกดูดโดยแผ่นเทอร์โมอิเล็กโทรดเนื่องจากการนำความร้อน

จำเป็นต้องคำนึงถึงสถานการณ์ต่อไปนี้ เทอร์โมอิเล็กโทรดทำจากโลหะหรือโลหะผสมต่าง ๆ ที่มีค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนต่างกัน ตัวอย่างเช่น เทอร์โมคัปเปิลแพลทินัม-โรเดียมของประเภท PP มีค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนที่ครึ่งหนึ่งของเทอร์โมคัปเปิลที่สอง - แพลทินัม

หากเส้นผ่านศูนย์กลางของเทอร์โมอิเล็กโทรดเท่ากัน ความแตกต่างของค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนของเทอร์โมอิเล็กโทรดจะนำไปสู่ความจริงที่ว่าความแตกต่างของอุณหภูมิเกิดขึ้นในบริเวณที่มีการสัมผัสทางไฟฟ้าของเทอร์โมอิเล็กโทรดกับ แพทช์ซึ่งจะนำไปสู่การปรากฏตัวของพลังงานเทอร์โมอิเล็กตริกแบบกาฝากในวงจรเทอร์โมคัปเปิล เป็นต้น กับ

พินเทอร์โมคัปเปิล

เทอร์โมคัปเปิลประเภทนี้ใช้เป็นหลักในการวัดอุณหภูมิพื้นผิวของโลหะและโลหะผสมที่ค่อนข้างอ่อน สำหรับเทอร์โมคัปเปิลแบบดาบปลายปืน จะใช้เทอร์โมอิเล็กโทรดที่ทำจากโลหะผสมที่มีความแข็งเพียงพอ เช่น โครเมลและอะลูเมลที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 3-5 มม.

เทอร์โมคัปเปิลเทอร์โมอิเล็กโทรดอันหนึ่งติดแน่นบนหัว ส่วนอันที่สองสามารถเคลื่อนที่บนแกนของมันได้ และในสถานะไม่ทำงาน ปลายของเทอร์โมคัปเปิลจะถูกดึงโดยสปริงใต้ส่วนท้ายของเทอร์โมอิเล็กโทรดอันแรก ปลายของเทอร์โมอิเล็กโทรดทั้งสองจะแหลม

เมื่อนำเทอร์โมคัปเปิลไปยังวัตถุขนาดใหญ่ พื้นผิวของวัตถุจะสัมผัสส่วนปลายของเทอร์โมอิเล็กโทรดที่เคลื่อนที่ได้ก่อน ด้วยแรงกดเพิ่มเติมที่หัว เทอร์โมอิเล็กโทรดจะเข้าไปจนกระทั่งปลายเทอร์โมอิเล็กโทรดสัมผัสกับพื้นผิวของวัตถุ จากนั้นจุดทั้งสองจะเจาะฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิวของวัตถุและโลหะนี้จะปิดวงจรไฟฟ้าของเทอร์โมคัปเปิล

ด้วยการลับปลายเทอร์โมอิเล็กโทรดที่ดี เทอร์โมคัปเปิลจึงให้ผลลัพธ์ที่เชื่อถือได้สำหรับการวัดอุณหภูมิของพื้นผิวของโลหะที่ไม่ใช่เหล็กด้วยฟิล์มออกไซด์ที่อ่อนนุ่มและเจาะทะลุได้ง่าย

การใช้เทอร์โมคัปเปิลแบบดาบปลายปืนที่มีปลายทื่อนำไปสู่ความจริงที่ว่าพื้นผิวสัมผัสของเทอร์โมอิเล็กโทรดทั้งสองกับวัตถุมีขนาดค่อนข้างใหญ่อันเป็นผลมาจากการที่พื้นผิวของวัตถุเย็นลงในสถานที่ที่ปลายเทอร์โมคัปเปิลสัมผัสและ เทอร์โมคัปเปิลให้การอ่านค่าอุณหภูมิต่ำเกินไปอย่างชัดเจน อย่างไรก็ตาม หลังจากผ่านไป 20-30 วินาที ความร้อนที่มาจากบริเวณโดยรอบของวัตถุจะทำให้ส่วนที่เย็นลงร้อนขึ้น และส่วนปลายของเทอร์โมอิเล็กโทรดจะร้อนขึ้นด้วย

ดังนั้นเทอร์โมคัปเปิลแบบดาบปลายปืนที่มีทื่อจะสิ้นสุดลงในขณะที่สัมผัสกันทำให้อ่านค่าอุณหภูมิของวัตถุได้ต่ำกว่าปกติ หลังจากนั้นภายในเวลาไม่กี่สิบวินาทีค่าคงที่นี้แตกต่างจากค่าจริงของอุณหภูมิพื้นผิวของวัตถุมากขึ้น ยิ่งพื้นผิวสัมผัสของปลายทู่ของเทอร์โมอิเล็กโทรดสัมผัสกับวัตถุมากเท่าไร

การสอบเทียบเทอร์โมคัปเปิลพื้นผิว

อุณหภูมิที่อยู่นิ่งของเทอร์โมคัปเปิลที่พื้นผิวจะต่ำกว่าอุณหภูมิที่วัดได้ของพื้นผิวที่สัมผัสเทอร์โมคัปเปิล ความแตกต่างของอุณหภูมินี้สามารถอธิบายได้เป็นส่วนใหญ่เนื่องจากการสอบเทียบเทอร์โมคัปเปิลพื้นผิวภายใต้สภาวะการถ่ายเทความร้อนจากพื้นผิวด้านนอกซึ่งเข้าใกล้สภาวะการทำงาน

จากตำแหน่งนี้ เป็นไปตามที่ลักษณะการสอบเทียบของพื้นผิวเทอร์โมคัปเปิลอาจแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญจากลักษณะของเทอร์โมคัปเปิลที่เกิดจากเทอร์โมอิเล็กโทรดเดียวกัน แต่สอบเทียบโดยวิธีการเปรียบเทียบกับตัวอย่าง เมื่อพวกมันแช่อยู่ในช่องที่มีอุณหภูมิพร้อมกัน

ดังนั้นจึงไม่สามารถสอบเทียบเทอร์โมคัปเปิลพื้นผิวได้โดยการแช่ในเทอร์โมสตัท ต้องใช้เทคนิคการสอบเทียบที่แตกต่างกัน

เทอร์โมคัปเปิลพื้นผิวได้รับการปรับเทียบโดยใช้แรงดันที่ต้องการกับพื้นผิวโลหะด้านนอกของเทอร์โมสตัทของเหลวที่มีผนังบาง ของเหลวอุ่นภายในเทอร์โมสตัทผสมกันดีแล้วและวัดอุณหภูมิด้วยอุปกรณ์ตัวอย่าง

พื้นผิวด้านนอกของเทอร์โมสตัทหุ้มด้วยฉนวนกันความร้อนอีกชั้นหนึ่ง ฉนวนกันความร้อนไม่ได้ครอบคลุมพื้นที่เล็ก ๆ ของพื้นผิวด้านนอกซึ่งมีความสูงประมาณครึ่งหนึ่งของเทอร์โมสตัทที่ใช้เทอร์โมคัปเปิล

ในการออกแบบนี้ อุณหภูมิของพื้นผิวโลหะของเทอร์โมคัปเปิลใต้พื้นผิวเทอร์โมคัปเปิลที่มีข้อผิดพลาดไม่เกินสองสามในสิบขององศา จะถือว่าเท่ากับอุณหภูมิของของเหลวในเทอร์โมคัปเปิล