Hi ha molts dispositius i mecanismes diferents que et permeten mesurar la temperatura. Alguns d'ells s'utilitzen a la vida quotidiana, altres per a diverses investigacions físiques, en processos de producció i altres indústries.
Un d'aquests dispositius és un termoparell. Considerarem el principi de funcionament i l'esquema d'aquest dispositiu a les seccions següents.
Bases físiques del funcionament del termoparell
El principi de funcionament d'un termoparell es basa en processos físics ordinaris. Per primera vegada, el científic alemany Thomas Seebeck va estudiar l'efecte sobre el qual funciona aquest dispositiu.
L'essència del fenomen en què es basa el principi de funcionament d'un termoparell és la següent. En un circuit elèctric tancat, format per dos conductors de diferents tipus, quan s'exposa a una determinada temperatura ambient, sorgeix electricitat.
El flux elèctric resultant i la temperatura ambient que actua sobre els conductors estan en una relació lineal. És a dir, com més alta sigui la temperatura, més gran serà el corrent elèctric produït pel termoparell. A laaquest és el principi de funcionament del termoparell i del termòmetre de resistència.
En aquest cas, un contacte de termopar es troba en el punt on cal mesurar la temperatura, s'anomena "calent". El segon contacte, és a dir - "fred", - en sentit contrari. L'ús de termoparells per a la mesura només es permet quan la temperatura de l'aire a l'habitació és inferior a la del lloc de mesura.
Aquest és un breu diagrama del funcionament d'un termopar, el principi de funcionament. Els tipus de termoparells es parlaran a la secció següent.
Tipus de termoparells
A totes les indústries on es necessiten mesures de temperatura, el termopar és l'aplicació principal. A continuació es detallen el dispositiu i el principi de funcionament dels diferents tipus d'aquesta unitat.
Termoparells d'alumini cromat
Aquests circuits de termoparell s'utilitzen en la majoria dels casos per a la producció de diversos sensors i sondes que permeten controlar la temperatura en la producció industrial.
Les seves característiques distintives inclouen un preu força baix i una àmplia gamma de temperatures mesurades. Us permeten fixar la temperatura de -200 a +13000 graus centígrads.
No és aconsellable utilitzar termoparells amb aliatges similars en comerços i instal·lacions amb un alt contingut de sofre a l'aire, ja que aquest element químic afecta negativament tant al crom com a l'alumini, provocant mal funcionament del dispositiu.
Termoparells de crom-Kopel
El principi de funcionament d'un termoparell, el grup de contacte del qual està format per aquests aliatges, és el mateix. Però aquests dispositius funcionen principalment en un medi líquid o gasós, que té propietats neutres i no agressives. L'índex de temperatura superior no supera els +8000 graus centígrads.
S'utilitza un termoparell similar, el principi del qual permet utilitzar-lo per determinar el grau d'escalfament de qualsevol superfície, per exemple, per determinar la temperatura de forns de foc obert o altres estructures similars.
Termoparells de ferro-constant
Aquesta combinació de contactes en un termoparell no és tan habitual com la primera de les varietats considerades. El principi de funcionament d'un termoparell és el mateix, però aquesta combinació s'ha mostrat bé en una atmosfera enraritzada. El nivell màxim de la temperatura mesurada no ha de superar els +12500 graus centígrads.
No obstant això, si la temperatura comença a augmentar per sobre de +7000 graus, hi ha el perill de violacions de la precisió de la mesura a causa dels canvis en les propietats físiques i químiques del ferro. Fins i tot hi ha casos de corrosió del contacte de ferro del termopar en presència de vapor d'aigua a l'aire ambient.
Termoparells de platinorodi i platí
El termoparell més car de fabricar. El principi de funcionament és el mateix, però es diferencia dels seus homòlegs en lectures de temperatura molt estables i fiables. Té una sensibilitat reduïda.
La principal aplicació d'aquests dispositius és la mesura de temperatures altes.
Termoparells de tungstè i reni
També s'utilitza per mesurar temperatures ultra altes. El límit màxim que es pot fixar amb aquest esquema arriba als 25.000 graus centígrads.
La seva aplicació requereix el compliment de determinades condicions. Així, en el procés de mesura de la temperatura, cal eliminar completament l'atmosfera circumdant, la qual cosa té un efecte negatiu en els contactes com a resultat del procés d'oxidació.
Per això, els termoparells de tungstè i reni solen col·locar-se en carcasses protectores plenes d'un gas inert per protegir els seus elements.
A d alt, es va considerar cada termoparell existent, dispositiu, el seu principi de funcionament, en funció dels aliatges utilitzats. Ara considereu algunes característiques de disseny.
Dissenys de termoparells
Hi ha dos tipus principals de dissenys de termoparells.
- Amb una capa aïllant. Aquest disseny del termopar permet aïllar la capa de treball del dispositiu del corrent elèctric. Aquesta disposició permet utilitzar el termoparell en el procés sense aïllar l'entrada de terra.
- Sense l'ús d'una capa aïllant. Aquests termoparells només es poden connectar a circuits de mesura les entrades dels quals no tenen contacte amb terra. Si no es compleix aquesta condició, el dispositiu desenvoluparà dos circuits tancats independents, cosa que donarà lloc a lectures de termoparells no vàlides.
Termoparell i la seva aplicació
Hi ha una altrauna mena d'aquest dispositiu, anomenat "running". Considerarem ara el principi de funcionament d'un termoparell en funcionament amb més detall.
Aquest disseny s'utilitza principalment per detectar la temperatura d'una palangana d'acer durant el seu processament en màquines de tornejat, fresat i altres màquines similars.
Cal tenir en compte que en aquest cas també és possible utilitzar un termoparell convencional, però, si el procés de fabricació requereix una alta precisió de temperatura, és difícil sobreestimar el termoparell en funcionament.
Quan s'aplica aquest mètode, els seus elements de contacte es solden a la peça per endavant. Aleshores, durant el processament del blanc, aquests contactes estan constantment exposats a l'acció d'un tallador o d'una altra eina de treball de la màquina, com a resultat de la qual cosa la unió (que és l'element principal quan es prenen lectures de temperatura) sembla "executar-se".” al llarg dels contactes.
Aquest efecte s'utilitza àmpliament a la indústria metal·lúrgica.
Característiques tecnològiques dels dissenys de termoparells
Quan es fabriquen un circuit de termoparell que funcioni, es solden dos contactes metàl·lics que, com ja sabeu, estan fets de diferents materials. La unió s'anomena unió.
Cal tenir en compte que no cal fer aquesta connexió mitjançant soldadura. Simplement torça dos contactes junts. Però aquest mètode de producció no tindrà un nivell de fiabilitat suficient i també pot donar errors en prendre lectures de temperatura.
Si necessiteu mesurar alttemperatures, la soldadura dels metalls es substitueix per la seva soldadura. Això es deu al fet que, en la majoria dels casos, la soldadura utilitzada a la connexió té un punt de fusió baix i es trenca quan se supera.
Els circuits que s'han soldat poden suportar un rang de temperatures més ampli. Però aquest mètode de connexió també té els seus inconvenients. L'estructura interna del metall quan s'exposa a altes temperatures durant el procés de soldadura pot canviar, cosa que afectarà la qualitat de les dades obtingudes.
A més, s'ha de controlar l'estat dels contactes del termoparell durant el seu funcionament. Així, és possible canviar les característiques dels metalls del circuit a causa de l'impacte d'un entorn agressiu. Es pot produir oxidació o interdifusió de materials. En aquesta situació, s'hauria de substituir el circuit de funcionament del termopar.
Tipus d'unions de termoparells
La indústria moderna produeix diversos dissenys que s'utilitzen en la fabricació de termoparells:
- cruïlla oberta;
- amb unió aïllada;
- amb unió a terra.
Una característica dels termoparells d'unió oberta és la poca resistència a les influències externes.
Els dos tipus de disseny següents es poden utilitzar quan es mesuren temperatures en entorns agressius que tenen un efecte devastador en el parell de contactes.
A més, actualment la indústria està dominant esquemes per a la producció de termoparells mitjançant tecnologies de semiconductors.
Error de mesura
La correcció de les lectures de temperatura obtingudes mitjançant un termoparell depèn del material del grup de contacte, així com de factors externs. Aquests últims inclouen la pressió, el fons de radiació o altres motius que poden afectar els paràmetres fisicoquímics dels metalls dels quals estan fets els contactes.
L'error de mesura consta dels components següents:
- error aleatori causat pel procés de fabricació del termopar;
- error causat per la violació del règim de temperatura del contacte "fred";
- error causat per interferències externes;
- error de l'equip de control.
Els avantatges d'utilitzar termoparells
Els avantatges d'utilitzar aquests dispositius de control de temperatura, independentment de l'aplicació, inclouen:
- àmplia gamma d'indicadors que es poden enregistrar amb un termopar;
- La unió del termopar, que està directament implicada en la presa de lectures, es pot posar en contacte directe amb el punt de mesura;
- Els termoparells són fàcils de fabricar, duradors i de llarga durada.
Inconvenients de mesurar la temperatura amb un termopar
Els desavantatges d'utilitzar un termopar inclouen:
- La necessitat d'un control constant de la temperatura del contacte "fred" del termopar. Això és un distintiucaracterística de disseny dels instruments de mesura, que es basen en un termoparell. El principi de funcionament d'aquest esquema redueix l'abast de la seva aplicació. Només es poden utilitzar si la temperatura ambient és inferior a la temperatura al punt de mesura.
- Violació de l'estructura interna dels metalls utilitzats en la fabricació de termoparells. El cas és que com a conseqüència de l'exposició a l'entorn extern, els contactes perden la seva uniformitat, la qual cosa provoca errors en els indicadors de temperatura obtinguts.
- Durant el procés de mesura, el grup de contacte del termoparell sol estar exposat a la influència negativa de l'entorn, que provoca pertorbacions en el procés. Això requereix de nou segellar els contactes, la qual cosa comporta costos de manteniment addicionals per a aquests sensors.
- Hi ha un risc d'exposició a ones electromagnètiques en un termopar, el disseny del qual preveu un grup de contacte llarg. Això també pot afectar els resultats de la mesura.
- En alguns casos, hi ha una violació de la relació lineal entre el corrent elèctric que es produeix al termopar i la temperatura al lloc de mesura. Aquesta situació requereix la calibració dels equips de control.
Conclusió
Malgrat les seves deficiències, el mètode de mesura de la temperatura amb termoparells, que es va inventar i es va provar per primera vegada al segle XIX, ha trobat la seva àmplia aplicació en totes les branques de la indústria moderna.
A més, hi ha aplicacions on l'ús de termoparellsés l'única manera d'obtenir dades de temperatura. I després de llegir aquest material, heu entès perfectament els principis bàsics del seu treball.
