Đo nhiệt độ bề mặt bằng cặp nhiệt điện

Không tồn tại cặp nhiệt điện loạiđược thiết kế để đo nhiệt độ bề mặt của vật thể rắn (cặp nhiệt điện bề mặt). Sự phong phú của các thiết kế cặp nhiệt điện bề mặt hiện có chủ yếu là do sự đa dạng của các điều kiện đo lường và tính chất của các bề mặt có nhiệt độ được đo.

Trong thực tế công nghiệp, cần đo nhiệt độ của các bề mặt có hình dạng hình học khác nhau, vật thể cố định và quay, vật thể dẫn điện và chất cách điện, vật thể có độ dẫn nhiệt cao và thấp, nhẵn và thô. Do đó, cặp nhiệt điện bề mặt phù hợp để sử dụng trong một số điều kiện lại không phù hợp ở những điều kiện khác.

Đo nhiệt độ của bề mặt kim loại bằng cách hàn cặp nhiệt điện

Thông thường, để đo nhiệt độ của các tấm kim loại mỏng hoặc vật rắn được nung nóng, mối nối cặp nhiệt điện được hàn trực tiếp hoặc hàn vào bề mặt được kiểm tra.Phương pháp đo nhiệt độ này chỉ có thể được chấp nhận nếu thực hiện một số biện pháp phòng ngừa nhất định.

Sự trao đổi nhiệt giữa bề mặt tấm và quả cầu nối của cặp nhiệt điện chủ yếu được thực hiện nhờ dòng nhiệt đi qua bề mặt tiếp xúc của chúng, là một phần của bề mặt mối nối và các điện cực nhiệt tiếp giáp với mối nối. Ở một mức độ nào đó, sự trao đổi nhiệt xảy ra do bức xạ giữa tấm và phần của bề mặt tiếp giáp nhiệt điện cực không tiếp xúc với nó.

Mặt khác, phần bề mặt mối nối tiếp xúc với tấm và các điện cực nhiệt của cặp nhiệt điện sẽ mất năng lượng nhiệt do bức xạ tới các vật thể lạnh hơn xung quanh tấm và truyền nhiệt đối lưu cho luồng không khí rửa mối nối.

Do đó, các điện cực nhiệt của mối nối và cặp nhiệt điện liền kề tiêu tán một phần đáng kể năng lượng nhiệt được cung cấp liên tục cho mối nối thông qua bề mặt tiếp xúc của tấm.

Do trạng thái cân bằng, nhiệt độ của điểm nối và phần liền kề của bề mặt tấm hóa ra thấp hơn nhiều so với nhiệt độ của các phần của tấm cách xa điểm nối (khi đo nhiệt độ cao của các tấm mỏng, lỗi đo lường hệ thống này có thể lên tới hàng trăm độ).

Lỗi này được giảm bằng cách giảm lượng thông lượng nhiệt tiêu tán bởi các điện cực mối nối và cặp nhiệt điện.Với mục đích này, sẽ rất hữu ích khi sử dụng cặp nhiệt điện làm từ các điện cực nhiệt mỏng nhất có thể.

Bản thân các điện cực nhiệt không nên ngay lập tức được lấy ra khỏi tấm, nhưng tốt hơn là trước tiên hãy đặt chúng tiếp xúc nhiệt với tấm ở khoảng cách ít nhất bằng 50 đường kính của các điện cực nhiệt.

Cần lưu ý rằng nếu tấm và bề mặt của các điện cực nhiệt không bị oxy hóa, chúng có thể được đóng lại bằng tấm và nhiệt điện đo được. vân vân. v. cặp nhiệt điện sẽ tương ứng với nhiệt độ không phải của điểm nối cặp nhiệt điện mà là nhiệt độ của điểm tiếp xúc của cặp nhiệt điện với bề mặt.

Trong trường hợp này, nên đặt một lớp cách điện mỏng, chẳng hạn như một tấm mica mỏng, giữa các điện cực nhiệt và tấm. Cũng nên phủ toàn bộ bề mặt của mối nối và khu vực điện cực nhiệt bằng một lớp cách nhiệt, ví dụ như lớp phủ vật liệu chịu lửa, để giảm tổn thất do bức xạ và truyền nhiệt đối lưu.

Bằng cách tuân thủ các biện pháp phòng ngừa này, có thể đảm bảo rằng nhiệt độ bề mặt của các bộ phận kim loại được đo trong khoảng một vài độ.

Đôi khi nó không phải là kết nối của cặp nhiệt điện được hàn vào bề mặt của tấm kim loại, mà là các cặp nhiệt điện của nó ở một khoảng cách nào đó với nhau.

Phương pháp đo nhiệt độ của bề mặt kim loại này chỉ có thể được coi là chấp nhận được nếu có sự chắc chắn về sự bằng nhau của nhiệt độ của các tấm tại hai điểm hàn của các điện cực nhiệt. Nếu không, năng lượng nhiệt điện ký sinh sẽ xuất hiện trong mạch cặp nhiệt điện. đ. s được phát triển từ vật liệu nhiệt điện cực với vật liệu tấm.

Dưới đây là mô tả về cặp nhiệt điện như cung, vá và lưỡi lê.Chúng được sử dụng để đo nhiệt độ bề mặt của các vật thể đứng yên.

Cặp nhiệt điện có nơ (ruy băng)

Cặp nhiệt điện mũi được trang bị một bộ phận nhạy cảm được chế tạo dưới dạng một dải làm bằng hai kim loại hoặc hợp kim (ví dụ: chromel và alumel) có chiều dài 300 mm, chiều rộng 10 - 15 mm, được hàn hoặc hàn trong trán và cán mỏng 0,1 – 0,2mm…

Các đầu của dải có mối nối ở giữa được cố định trên các chất cách điện ở hai đầu của tay cầm lò xo hình cánh cung để dải luôn căng. Từ các đầu của nó đến các đầu của thiết bị đo (millivoltmeter) có các dây làm bằng vật liệu giống như hai nửa của băng.

Để đo nhiệt độ của một bề mặt lồi, cặp nhiệt điện dạng chùm được ép vào bề mặt đó từ phần giữa sao cho bề mặt được phủ bằng băng dính, ít nhất là đối với các phần 30 mm ở hai bên của đường giao nhau.

cặp nhiệt điện lợn

Các điện cực nhiệt tạo thành một cặp nhiệt điện được hàn vào các lỗ thông qua đĩa đồng đỏ. Để đảm bảo độ bền cơ học của cấu trúc, các điện cực nhiệt có đường kính 2 - 3 mm được sử dụng. Bề mặt dưới của đĩa ("miếng dán") được đúc vào bề mặt mà cặp nhiệt điện dùng để đo nhiệt độ.

Lực nhiệt điện động của cặp nhiệt điện miếng vá được hình thành do sự đóng các điện cực nhiệt bằng kim loại của miếng vá. Trong quá trình hàn tốt, quá trình đóng này xảy ra trên toàn bộ bề mặt của các phân đoạn điện cực nhiệt lõm bên trong miếng vá.Nhưng mạch điện có điện trở thấp nhất chủ yếu được hình thành bởi lớp bề mặt trên của miếng dán và nhiệt độ của lớp này chủ yếu quyết định công suất nhiệt điện. vân vân. v. cặp nhiệt điện.

Các phương trình cân bằng nhiệt của cặp nhiệt điện vá tương tự như những gì đã được thực hiện ở trên đối với cặp nhiệt điện dải, với sự khác biệt là ngoài dòng nhiệt bị tiêu tan do truyền nhiệt đối lưu và bức xạ từ bề mặt bên ngoài của miếng vá, rất nhiều Điều quan trọng là phải tính đến phần thông lượng nhiệt tiêu tán bị hút bởi các miếng dán nhiệt điện cực do tính dẫn nhiệt của chúng.

Nó là cần thiết để đưa vào tài khoản các trường hợp sau đây. Nhiệt điện cực được làm bằng các kim loại hoặc hợp kim khác nhau với các giá trị khác nhau của hệ số dẫn nhiệt. Do đó, ví dụ, cặp nhiệt điện bạch kim-rhodium loại PP được đặc trưng bởi hệ số dẫn nhiệt bằng một nửa so với cặp nhiệt điện thứ hai - bạch kim.

Nếu đường kính của các điện cực nhiệt giống nhau, thì sự khác biệt về giá trị của hệ số dẫn nhiệt của các điện cực nhiệt sẽ dẫn đến thực tế là sự chênh lệch nhiệt độ được hình thành ở những nơi tiếp xúc điện của các điện cực nhiệt với vá, điều này sẽ dẫn đến sự xuất hiện của năng lượng nhiệt điện ký sinh trong mạch cặp nhiệt điện . vân vân. với

Pin cặp nhiệt điện

Cặp nhiệt điện loại này chủ yếu được sử dụng để đo nhiệt độ bề mặt của các kim loại và hợp kim tương đối mềm. Đối với cặp nhiệt điện lưỡi lê, các điện cực nhiệt làm bằng hợp kim đủ cứng, chẳng hạn như chromel và alumel có đường kính 3-5 mm, được sử dụng.

Một trong các điện cực nhiệt của cặp nhiệt điện được cố định trên đầu và cái thứ hai có thể di chuyển trên trục của nó và ở trạng thái không hoạt động, đầu của nó được kéo bởi một lò xo dưới đầu của điện cực nhiệt thứ nhất. Hai đầu của hai nhiệt điện cực nhọn.

Khi một cặp nhiệt điện được đưa đến một vật thể có kích thước đáng kể, bề mặt của vật thể trước tiên chạm vào đầu của điện cực nhiệt di động. Với áp lực bổ sung trên đầu, nhiệt điện cực đi vào nó cho đến khi đầu của nhiệt điện cực tiếp xúc với bề mặt của vật thể. Cả hai điểm sau đó xuyên qua màng oxit bề mặt trên bề mặt của vật thể và kim loại này sẽ đóng mạch điện của cặp nhiệt điện.

Với khả năng mài sắc tốt các đầu của nhiệt điện cực, cặp nhiệt điện cho kết quả đáng tin cậy để đo nhiệt độ của bề mặt kim loại màu bằng màng oxit mềm, dễ xuyên thủng.

Việc sử dụng cặp nhiệt điện lưỡi lê có đầu cùn dẫn đến bề mặt tiếp xúc của hai điện cực nhiệt với vật thể trở nên tương đối lớn, do đó bề mặt của vật thể nguội đi ở những nơi mà các đầu của cặp nhiệt điện tiếp xúc và cặp nhiệt điện cho phép đọc nhiệt độ được đánh giá thấp rõ ràng. Tuy nhiên, sau 20 - 30 giây, nhiệt tỏa ra từ các khu vực xung quanh của vật thể sẽ làm nóng phần được làm mát và kéo theo đó là các đầu của các điện cực nhiệt.

Do đó, một cặp nhiệt điện lưỡi lê có đầu cùn tại thời điểm tiếp xúc cho kết quả đọc nhiệt độ của vật thể bị đánh giá thấp, sau đó, trong vòng vài chục giây, số đọc của nó tăng lên, tiệm cận với giá trị ổn định.Giá trị ổn định này khác nhiều so với giá trị thực của nhiệt độ bề mặt của vật thể, bề mặt tiếp xúc của các đầu cùn của nhiệt điện cực với vật thể càng lớn.

Hiệu chuẩn cặp nhiệt điện bề mặt

Nhiệt độ cố định của cặp nhiệt điện bề mặt thấp hơn nhiệt độ đo được của bề mặt mà cặp nhiệt điện tiếp xúc. Sự chênh lệch nhiệt độ này phần lớn có thể được giải thích là do hiệu chuẩn của cặp nhiệt điện bề mặt trong các điều kiện truyền nhiệt từ bề mặt bên ngoài của nó, tiếp cận các điều kiện vận hành.

Từ vị trí này, có thể thấy rằng đặc tính hiệu chuẩn của các bề mặt cặp nhiệt điện có thể khác biệt đáng kể so với đặc tính của cặp nhiệt điện được tạo bởi cùng một điện cực nhiệt, nhưng được hiệu chuẩn bằng phương pháp so sánh với ví dụ, khi chúng được nhúng đồng thời trong không gian được điều nhiệt.

Do đó, các cặp nhiệt điện bề mặt không thể được hiệu chuẩn bằng cách ngâm trong bộ điều nhiệt (bộ điều nhiệt gia nhiệt trong phòng thí nghiệm lỏng để hiệu chuẩn cặp nhiệt điện). Một kỹ thuật hiệu chỉnh khác phải được áp dụng cho chúng.

Cặp nhiệt điện bề mặt được hiệu chuẩn bằng cách đặt áp suất cần thiết lên bề mặt kim loại bên ngoài của bộ điều nhiệt chất lỏng có thành mỏng. Chất lỏng được đun nóng bên trong bộ ổn nhiệt được trộn đều và nhiệt độ của nó được đo bằng một số thiết bị mẫu.

Bề mặt bên ngoài của bộ điều nhiệt được phủ một lớp cách nhiệt. Lớp cách nhiệt không chỉ bao phủ một diện tích nhỏ của bề mặt bên ngoài, bằng khoảng một nửa chiều cao của bộ điều chỉnh nhiệt mà cặp nhiệt điện được áp dụng.

Trong thiết kế này, nhiệt độ của bề mặt kim loại của bộ điều nhiệt bên dưới cặp nhiệt điện bề mặt, với sai số không vượt quá vài phần mười độ, có thể được coi là bằng với nhiệt độ của chất lỏng trong bộ điều nhiệt.