Felületi hőmérséklet mérése hőelemekkel

Nem létezik egy típusú hőelemszilárd testek felületi hőmérsékletének mérésére tervezték (felületi hőelemek). A meglévő felületi hőelem-konstrukciók bősége elsősorban a mérési feltételek és a mérendő felületek tulajdonságainak sokféleségéből adódik.

Az ipari gyakorlatban különböző geometriai formájú felületek, rögzített és forgó testek, elektromosan vezető testek és szigetelők, nagy és alacsony hővezető képességű, sima és érdes testek hőmérsékletének mérésére van szükség. Ezért az egyes körülmények között használható felületi hőelemek más esetekben alkalmatlanok.

Fémfelület hőmérsékletének mérése hőelem hegesztésével

A fűtött vékony fémlemezek vagy szilárd testek hőmérsékletének mérésére gyakran egy hőelem csatlakozást közvetlenül forrasztanak vagy hegesztenek a vizsgált felületre.Ez a hőmérsékletmérési módszer csak bizonyos óvintézkedések megtétele esetén tekinthető elfogadhatónak.

A hőelemek lemez felülete és összekötő gömbje közötti hőcserét főként az érintkezési felületükön áthaladó hőáram végzi, amely a csomópont felületének része, és a csatlakozással szomszédos termoelektródák. Bizonyos mértékig a hőcsere a lemez és a termoelektróda csatlakozási felületének azzal nem érintkező része közötti sugárzással történik.

Másrészt a csatlakozási felületnek a lemezzel és a termoelem termoelektródákkal érintkező része hőenergiát veszít a lemezt körülvevő hidegebb testek sugárzása és a csatlakozást mosó levegőáramok konvektív hőátadása miatt.

Így a csomópont és a szomszédos hőelem termoelektródák a hőenergia jelentős részét elvezetik, amely a lemez érintkezési felületén keresztül folyamatosan jut a csomóponthoz.

Az egyensúlyi állapot következtében a csomópont és a lemez felületének szomszédos részének hőmérséklete jóval alacsonyabbnak bizonyul, mint a lemez csomóponttól távol eső részeinek hőmérséklete (a vékony lemezek magas hőmérsékletének mérésénél, ez a szisztematikus mérési hiba akár több száz fokot is elérhet) .

Ez a hiba csökkenthető a csatlakozási elektródák és a hőelem által elvezetett hőáram csökkentésével, erre a célra célszerű a lehető legvékonyabb termoelektródákból készült hőelemeket használni.

Magukat a termoelektródákat nem szabad azonnal eltávolítani a lemezről, de jobb, ha először hőkontaktusba helyezik őket a lemezzel olyan távolságra, amely legalább a termoelektródák 50 átmérőjével egyenlő.

Nem szabad megfeledkezni arról, hogy ha a termoelektródák lemeze és felülete nem oxidálódik, akkor azokat a lemez lezárhatja, ill. mért termoelektromos teljesítmény. stb. v. hőelem nem a hőelem csatlakozásának, hanem a hőelem és a felület érintkezési pontjának hőmérsékletének felel meg.

Ebben az esetben egy vékony réteg elektromos szigetelést, például egy vékony csillámlapot kell helyezni a termoelektródák és a lemez közé. A sugárzásból és a konvektív hőátadásból adódó veszteségek csökkentése érdekében javasolt továbbá a csomópont teljes felületét és a termoelektród területét hőszigetelő réteggel, például tűzálló bevonattal lefedni.

Ezen óvintézkedések betartásával biztosítható, hogy a fém alkatrészek felületi hőmérsékletét néhány fokon belül mérjük.

Előfordul, hogy nem a hőelem csatlakozását hegesztik a fémlemez felületére, hanem annak hőelemeit bizonyos távolságra egymástól.

A fémfelület hőmérsékletének ezt a mérési módszerét csak akkor lehet elfogadhatónak tekinteni, ha biztosak vagyunk abban, hogy a lemezek hőmérséklete egyenlő a termoelektródák két hegesztési pontján. Ellenkező esetben parazita termoelektromos teljesítmény jelenik meg a hőelem áramkörében. d. s a termoelektród anyagokból fejlődött ki a lemezanyaggal.

Az alábbiakban a hőelemek leírása található, például az íj, a tapasz és a bajonett.Álló testek felületeinek hőmérsékletének mérésére szolgálnak.

Hőelem masnival (szalag)

Az orr-hőelem érzékeny elemmel van felszerelve, amely két fémből vagy ötvözetből (például krómból és alumelből) készült, 300 mm hosszú, 10-15 mm szélességű szalag formájában készül, forrasztva vagy hegesztett. homlok és 0,1–0,2 mm vastagságúra hengerelve...

A középső csatlakozással ellátott szalag végeit egy íj alakú rugós fogantyú végén lévő szigetelőkre rögzítik, hogy a szalag mindig feszes legyen. Végeitől a mérőeszköz (millivoltmérő) kivezetéseiig a szalag két felével azonos anyagokból készült vezetékek vannak.

Egy domború felület hőmérsékletének mérésére a gerenda hőelemet a középső résztől a felülethez nyomják úgy, hogy a felületet szalaggal lefedjék, legalább 30 mm-es szakaszon a csomópont mindkét oldalán.

Sertés hőelem

A hőelemet alkotó termoelektródákat a vörösréz korong átmenő furataiba forrasztják. A szerkezet mechanikai szilárdságának biztosítására 2-3 mm átmérőjű termoelektródákat használnak. A lemez alsó felülete (a "patch") bele van öntve abba a felületbe, amelyre a hőelem hőmérsékletet mér.

A patch-hőelem termoelektromotoros ereje a termoelektródáknak a patch fémje általi lezárása következtében jön létre. Jó forrasztás esetén ez a záródás a tapaszba süllyesztett termoelektróda szegmensek teljes felületén történik.De a legkisebb ellenállású elektromos áramkört főként a folt felső felületi rétege alkotja, és ennek a rétegnek a hőmérséklete elsősorban a termoelektromos teljesítményt határozza meg. stb. v. hőelemek.

A patch-hőelem hőegyenlegei hasonlóak a fentebb a szalaghőelemnél végzettekhez, azzal a különbséggel, hogy a tapasz külső felületéről a konvektív és sugárzó hőátadás következtében disszipált hőáram mellett nagy Fontos figyelembe venni a disszipált hőáramnak azt a részét, amelyet a termoelektródák a hővezető képességük miatt szívnak be.

Figyelembe kell venni a következő körülményt. A termoelektródák különböző fémekből vagy ötvözetekből készülnek, különböző értékű hővezetési együtthatóval. Így például a PP típusú platina-ródium hőelem hőelemét olyan hővezetési együttható jellemzi, amely fele a második hőelem - platina - hővezető tényezőjének.

Ha a termoelektródák átmérője megegyezik, akkor a termoelektródák hővezetőképességi együtthatóinak értékeinek különbsége azt a tényt eredményezi, hogy a termoelektródák elektromos érintkezési helyein hőmérsékletkülönbség képződik. folt, amely parazita termoelektromos energia megjelenéséhez vezet a hőelem áramkörében. stb. val vel

Pin hőelem

Az ilyen típusú hőelemeket elsősorban viszonylag lágy fémek és ötvözetek felületi hőmérsékletének mérésére használják. A bajonett termoelemhez kellően kemény ötvözetekből, például krómból és alumelből készült, 3-5 mm átmérőjű termoelektródákat használnak.

A termoelem egyik termoelektródája fixen van rögzítve a fejen, a másik pedig a tengelye mentén mozoghat, és üzemen kívüli állapotban a végét egy rugó húzza az első termoelektróda vége alatt. A két termoelektróda vége hegyes.

Amikor egy hőelemet egy jelentős méretű tárgyhoz viszünk, a tárgy felülete először érinti a mozgatható termoelektróda hegyét. A fejre gyakorolt ​​további nyomással a termoelektróda addig lép be, amíg a termoelektróda hegye nem találkozik a tárgy felületével. Ezután mindkét pont átszúrja a felületi oxidfilmet a tárgy felületén, és ez a fém lezárja a hőelem elektromos áramkörét.

A termoelektródák végének jó élezésével a hőelem megbízható eredményeket ad a színesfémek felületeinek hőmérsékletének mérésére puha, könnyen áttörhető oxidfilmmel.

A tompa hegyű bajonett termoelem alkalmazása azt eredményezi, hogy a két termoelektród érintkezési felülete a tárggyal viszonylag nagyra nő, aminek következtében a tárgyak felülete lehűl azokon a helyeken, ahol a termoelemek végei érintkeznek, ill. a hőelem egyértelműen alulbecsült hőmérsékleti értékeket ad. Azonban már 20-30 másodperc elteltével az objektum környező területeiről érkező hő felmelegíti a lehűtött részt, és ezzel együtt a termoelektródák végeit is.

Így egy tompa végű bajonett termoelem az érintkezés pillanatában alulbecsült hőmérsékletet ad a tárgy hőmérsékletéről, ami után néhány tíz másodpercen belül a leolvasások megnövekednek, aszimptotikusan megközelítve a stabil értéket.Ez a stabil érték annál jobban eltér a tárgy felületi hőmérsékletének tényleges értékétől, minél nagyobb a termoelektródák tompa végeinek érintkezési felülete a tárggyal.

Felületi hőelemek kalibrálása

A felületi hőelem stacioner hőmérséklete alacsonyabb, mint annak a felületnek a mért hőmérséklete, amellyel a hőelem érintkezik. Ez a hőmérséklet-különbség nagyrészt a felületi hőelem kalibrációjával magyarázható a külső felületéről történő hőátadás körülményei között, az üzemi feltételekhez közeledve.

Ebből az álláspontból az következik, hogy a hőelem felületek kalibrációs karakterisztikája jelentősen eltérhet az azonos termoelektródákból kialakított, de egy példával való összehasonlítás módszerével kalibrált hőelem karakterisztikájától, ha azokat egyidejűleg termosztált térbe merítjük.

Ezért a felületi hőelemek nem kalibrálhatók termosztátokba merítéssel (folyékony laboratóriumi fűtési termosztátok a hőelemek kalibrálásához). Más kalibrációs technikát kell alkalmazni rájuk.

A felületi hőelemek kalibrálása úgy történik, hogy a vékonyfalú folyadéktermosztát külső fémfelületére megfelelő nyomást gyakorolnak. A termosztátban lévő felmelegített folyadékot jól összekeverjük, és valamilyen mintavevő készülékkel mérjük a hőmérsékletét.

A termosztát külső felületét hőszigetelő réteg borítja. A hőszigetelés a külső felületnek nem csak egy kis részét fedi le, ami körülbelül a fele annak a termosztátnak, amelyre a hőelemet felhelyezték.

Ennél a kialakításnál a termosztát felületi termoelem alatti fémfelületének hőmérséklete néhány tized fokot meg nem haladó hibával egyenlőnek tekinthető a termosztátban lévő folyadék hőmérsékletével.