Meting van oppervlaktetemperaturen met thermokoppels

Bestaat niet thermokoppel van één typeontworpen om de oppervlaktetemperatuur van vaste lichamen te meten (oppervlaktethermokoppels). De overvloed aan bestaande ontwerpen van oppervlaktethermokoppels is voornamelijk te danken aan de verscheidenheid aan meetomstandigheden en eigenschappen van oppervlakken waarvan de temperatuur moet worden gemeten.

In de industriële praktijk is het noodzakelijk om de temperaturen te meten van oppervlakken met verschillende geometrische vormen, vaste en roterende lichamen, elektrisch geleidende lichamen en isolatoren, lichamen met hoge en lage thermische geleidbaarheid, glad en ruw. Daarom zijn oppervlakte-thermokoppels die geschikt zijn voor gebruik in sommige omstandigheden ongeschikt in andere.

Het meten van de temperatuur van een metalen oppervlak door een thermokoppel te lassen

Om de temperaturen van verwarmde dunne metalen platen of vaste lichamen te meten, wordt vaak een thermokoppelverbinding rechtstreeks op het te testen oppervlak gesoldeerd of gelast.Deze methode van temperatuurmeting kan alleen als acceptabel worden beschouwd als bepaalde voorzorgsmaatregelen worden genomen.

De warmte-uitwisseling tussen het oppervlak van de plaat en de verbindingskogel van de thermokoppels wordt voornamelijk uitgevoerd door de warmtestroom die door hun contactoppervlak gaat, dat deel uitmaakt van het oppervlak van de kruising en thermo-elektroden naast de kruising. Tot op zekere hoogte vindt warmte-uitwisseling plaats door straling tussen de plaat en het gedeelte van het thermo-elektrodeovergangsoppervlak dat er niet mee in contact staat.

Aan de andere kant verliest het deel van het junctie-oppervlak dat in contact staat met de plaat en de thermokoppel-thermo-elektroden thermische energie als gevolg van straling naar koudere lichamen die de plaat omringen en convectieve warmteoverdracht naar de luchtstromen die de junctie wassen.

Aldus dissiperen de junctie en aangrenzende thermokoppel-thermo-elektroden een aanzienlijk deel van de thermische energie die continu aan de junctie wordt toegevoerd via het plaatcontactoppervlak.

Als gevolg van het evenwicht blijkt de temperatuur van het knooppunt en het aangrenzende deel van het oppervlak van de plaat veel lager te zijn dan de temperatuur van de delen van de plaat die verwijderd zijn van het knooppunt (bij het meten van hoge temperaturen van dunne platen, deze systematische meetfout kan oplopen tot honderden graden).

Deze fout wordt verminderd door de hoeveelheid warmteflux te verminderen die wordt gedissipeerd door de junctie-elektroden en het thermokoppel.Voor dit doel is het nuttig om thermokoppels te gebruiken die zijn gemaakt van de dunst mogelijke thermo-elektroden.

De thermo-elektroden zelf moeten niet onmiddellijk van de plaat worden verwijderd, maar het is beter om ze eerst in thermisch contact met de plaat te plaatsen op een afstand gelijk aan minstens 50 diameters van de thermo-elektroden.

Houd er rekening mee dat als de plaat en het oppervlak van de thermo-elektroden niet geoxideerd zijn, ze kunnen worden gesloten door de plaat en gemeten thermo-elektrisch vermogen. enz. v. thermokoppel komt overeen met de temperatuur, niet van de thermokoppelovergang, maar met de temperatuur van het contactpunt van het thermokoppel met het oppervlak.

In dit geval moet een dunne laag elektrische isolatie, bijvoorbeeld een dunne laag mica, tussen de thermo-elektroden en de plaat worden geplaatst. Het wordt ook aanbevolen om het volledige oppervlak van de verbinding en het thermo-elektrodegebied te bedekken met een laag thermische isolatie, bijvoorbeeld een vuurvaste coating, om verliezen als gevolg van straling en convectieve warmteoverdracht te verminderen.

Door deze voorzorgsmaatregelen in acht te nemen, is het mogelijk ervoor te zorgen dat de oppervlaktetemperatuur van metalen onderdelen binnen enkele graden wordt gemeten.

Soms wordt niet de verbinding van het thermokoppel aan het oppervlak van de metalen plaat gelast, maar de thermokoppels op enige afstand van elkaar.

Deze methode voor het meten van de temperatuur van een metalen oppervlak kan alleen als acceptabel worden beschouwd als er vertrouwen is in de gelijkheid van de temperaturen van de platen op de twee laspunten van thermo-elektroden. Anders zal er parasitaire thermo-elektrische stroom verschijnen in het thermokoppelcircuit. D. s ontwikkeld uit de thermo-elektrodematerialen met het plaatmateriaal.

Hieronder vindt u een beschrijving van thermokoppels zoals boog, patch en bajonet.Ze worden gebruikt om de temperaturen van de oppervlakken van stationaire lichamen te meten.

Thermokoppel met strik (lint)

Het neusthermokoppel is uitgerust met een gevoelig element in de vorm van een strip gemaakt van twee metalen of legeringen (bijvoorbeeld chromel en alumel) met een lengte van 300 mm, een breedte van 10 - 15 mm, gesoldeerd of gelast in de voorhoofd en gerold tot een dikte van 0,1 - 0,2 mm...

De uiteinden van de band met een verbinding in het midden zijn bevestigd op isolatoren aan de uiteinden van een boogvormige veergreep zodat de band te allen tijde strak staat. Van de uiteinden tot de uiteinden van het meetapparaat (millivoltmeter) zijn er draden gemaakt van hetzelfde materiaal als de twee helften van de tape.

Om de temperatuur van een convex oppervlak te meten, wordt het balkthermokoppel vanaf het middelste gedeelte tegen dat oppervlak gedrukt, zodat het oppervlak wordt bedekt met tape, tenminste voor secties van 30 mm aan weerszijden van de verbinding.

Varken thermokoppel

De thermo-elektroden die een thermokoppel vormen, zijn in de doorlopende gaten van de roodkoperen schijf gesoldeerd. Om de mechanische sterkte van de constructie te waarborgen, worden thermo-elektroden met een diameter van 2 - 3 mm gebruikt. Het onderste oppervlak van de schijf (de "patch") is gegoten in het oppervlak waarvoor het thermokoppel bedoeld is om de temperatuur te meten.

De thermo-elektromotorische kracht van het patch-thermokoppel wordt gevormd als gevolg van de sluiting van de thermo-elektroden door het metaal van de patch. Bij goed solderen vindt deze sluiting plaats over het gehele oppervlak van de thermo-elektrodesegmenten die verzonken zijn in de patch.Maar het elektrische circuit met de laagste weerstand wordt voornamelijk gevormd door de bovenste oppervlaktelaag van de patch en de temperatuur van deze laag bepaalt voornamelijk het thermo-elektrische vermogen. enz. v. thermokoppels.

De warmtebalansvergelijkingen van het patch-thermokoppel zijn vergelijkbaar met wat hierboven is gedaan voor het strip-thermokoppel, met het verschil dat naast de warmteflux die wordt gedissipeerd als gevolg van convectieve en stralingswarmteoverdracht van het buitenoppervlak van de patch, van grote Het is belangrijk om rekening te houden met het deel van de gedissipeerde warmtestroom dat wordt opgezogen door de thermo-elektrodepleisters vanwege hun thermische geleidbaarheid.

Het is noodzakelijk om rekening te houden met de volgende omstandigheid. Thermo-elektroden zijn gemaakt van verschillende metalen of legeringen met verschillende waarden van de warmtegeleidingscoëfficiënt. Zo wordt bijvoorbeeld het platina-rhodium thermokoppel-thermokoppel van het PP-type gekenmerkt door een thermische geleidbaarheidscoëfficiënt die de helft is van die van het tweede thermokoppel - platina.

Als de diameters van de thermo-elektroden hetzelfde zijn, zal het verschil in de waarden van de thermische geleidbaarheidscoëfficiënten van de thermo-elektroden ertoe leiden dat er een temperatuurverschil ontstaat op de plaatsen van elektrisch contact van de thermo-elektroden met de patch, wat zal leiden tot het verschijnen van parasitaire thermo-elektrische energie in het thermokoppelcircuit. enz. met

Pin thermokoppel

Thermokoppels van dit type worden voornamelijk gebruikt om de oppervlaktetemperaturen van relatief zachte metalen en legeringen te meten. Voor een bajonet-thermokoppel worden thermo-elektroden gebruikt die zijn gemaakt van voldoende harde legeringen, bijvoorbeeld chromel en alumel met een diameter van 3-5 mm.

Een van de thermokoppel-thermo-elektroden is vast op de kop bevestigd en de tweede kan om zijn as bewegen, en in niet-werkende toestand wordt het uiteinde door een veer onder het uiteinde van de eerste thermo-elektrode getrokken. De uiteinden van de twee thermo-elektroden zijn puntig.

Wanneer een thermokoppel naar een object van aanzienlijke omvang wordt gebracht, raakt het oppervlak van het object eerst de punt van de beweegbare thermo-elektrode. Met extra druk op het hoofd komt de thermo-elektrode erin totdat de punt van de thermo-elektrode het oppervlak van het object raakt. Beide punten doorboren vervolgens de oppervlakteoxidefilm op het oppervlak van het object en dit metaal sluit het elektrische circuit van het thermokoppel.

Met een goede verscherping van de uiteinden van de thermo-elektroden, geeft het thermokoppel betrouwbare resultaten voor het meten van de temperaturen van de oppervlakken van non-ferrometalen met een zachte, gemakkelijk doorboorde oxidefilm.

Het gebruik van een bajonet-thermokoppel met stompe punten leidt ertoe dat de contactoppervlakken van de twee thermo-elektroden met het object relatief groot worden, waardoor de oppervlakken van de objecten afkoelen op de plaatsen waar de uiteinden van de thermokoppels elkaar raken en het thermokoppel geeft duidelijk onderschatte temperatuurmetingen. Echter, al na 20 - 30 seconden verwarmt de warmte die uit de omliggende gebieden van het object komt het gekoelde gedeelte en daarmee de uiteinden van de thermo-elektroden.

Zo geeft een bajonet-thermokoppel met stompe uiteinden op het moment van contact onderschatte meetwaarden van de temperatuur van het object, waarna binnen enkele tientallen seconden de meetwaarden toenemen en asymptotisch een stabiele waarde naderen.Deze stabiele waarde verschilt meer van de werkelijke waarde van de oppervlaktetemperatuur van het object naarmate het contactoppervlak van de stompe uiteinden van de thermo-elektroden met het object groter is.

Kalibratie van oppervlakte-thermokoppels

De stationaire temperatuur van het oppervlaktethermokoppel is lager dan de gemeten temperatuur van het oppervlak waarmee het thermokoppel in contact staat. Dit temperatuurverschil kan grotendeels worden verklaard door de kalibratie van het thermokoppel aan het oppervlak onder omstandigheden van warmteoverdracht vanaf het buitenoppervlak, waardoor de bedrijfsomstandigheden naderen.

Uit deze positie volgt dat de kalibratiekarakteristiek van thermokoppeloppervlakken aanzienlijk kan verschillen van de karakteristiek van een thermokoppel gevormd door dezelfde thermo-elektroden, maar gekalibreerd door de vergelijkingsmethode met een voorbeeld, wanneer ze tegelijkertijd worden ondergedompeld in een thermostatische ruimte.

Daarom kunnen oppervlakte-thermokoppels niet worden gekalibreerd door onderdompeling in thermostaten (vloeibare laboratoriumverwarmingsthermostaten voor het kalibreren van thermokoppels). Er moet een andere kalibratietechniek op worden toegepast.

Oppervlakte-thermokoppels worden gekalibreerd door de vereiste druk uit te oefenen op het buitenste metalen oppervlak van de dunwandige vloeistofthermostaat. De verwarmde vloeistof in de thermostaat wordt goed gemengd en de temperatuur wordt gemeten met een monsterapparaat.

Het buitenoppervlak van de thermostaat is bedekt met een laag thermische isolatie. De thermische isolatie bedekt niet slechts een klein deel van het buitenoppervlak, dat ongeveer de helft van de hoogte van de thermostaat is, waarop het thermokoppel is aangebracht.

In dit ontwerp kan de temperatuur van het metalen oppervlak van de thermostaat onder het oppervlaktethermokoppel, met een fout van niet meer dan enkele tienden van een graad, worden beschouwd als gelijk aan de temperatuur van de vloeistof in de thermostaat.