Måling af overfladetemperaturer med termoelementer

Eksisterer ikke termoelement af én typedesignet til at måle overfladetemperaturen af ​​faste legemer (overflade termoelementer). Overfloden af ​​eksisterende overfladetermoelementdesigns skyldes primært mangfoldigheden af ​​måleforhold og egenskaber af overflader, hvis temperaturer skal måles.

I industriel praksis er det nødvendigt at måle temperaturerne på overflader med forskellige geometriske former, faste og roterende legemer, elektrisk ledende legemer og isolatorer, legemer med høj og lav termisk ledningsevne, glatte og ru. Derfor er overfladetermoelementer, der er egnede til brug under nogle forhold, uegnede i andre.

Måling af temperaturen på en metaloverflade ved at svejse et termoelement

Ganske ofte, for at måle temperaturerne på opvarmede tynde metalplader eller faste legemer, loddes eller svejses et termoelementforbindelse direkte til overfladen under test.Denne metode til temperaturmåling kan kun anses for acceptabel, hvis der tages visse forholdsregler.

Varmeudvekslingen mellem overfladen af ​​pladen og termoelementernes forbindelseskugle udføres hovedsageligt ved, at varmestrømmen passerer gennem deres kontaktflade, som er en del af overfladen af ​​krydset og termoelektroder, der støder op til krydset. Til en vis grad opstår varmeudveksling ved stråling mellem pladen og den del af termoelektrodeforbindelsesoverfladen, der ikke er i kontakt med den.

På den anden side mister den del af forbindelsesoverfladen, der er i kontakt med pladen og termoelementets termoelektroder, termisk energi på grund af stråling til koldere legemer, der omgiver pladen, og konvektiv varmeoverførsel til luftstrømmene, der vasker overgangen.

Således spreder forbindelsespunktet og de tilstødende termoelementtermoelektroder en betydelig del af den termiske energi, som kontinuerligt tilføres til krydset gennem pladens kontaktflade.

Som et resultat af ligevægten viser sig temperaturen på krydset og den tilstødende del af pladens overflade at være meget lavere end temperaturen på de dele af pladen, der er fjernt fra krydset (ved måling af høje temperaturer på tynde plader, denne systematiske målefejl kan nå hundredvis af grader).

Denne fejl reduceres ved at reducere mængden af ​​varmeflux, der spredes af forbindelseselektroderne og termoelementet. Til dette formål er det nyttigt at bruge termoelementer fremstillet af de tyndest mulige termoelektroder.

Selve termoelektroderne bør ikke straks fjernes fra pladen, men det er bedre først at placere dem i termisk kontakt med pladen i en afstand svarende til mindst 50 diametre af termoelektroderne.

Det skal huskes, at hvis pladen og overfladen af ​​termoelektroderne ikke er oxideret, kan de lukkes af pladen og målt termoelektrisk effekt. etc. v. termoelement vil svare til temperaturen ikke af termoelementforbindelsen, men til temperaturen af ​​termoelementets kontaktpunkt med overfladen.

I dette tilfælde skal et tyndt lag elektrisk isolering, for eksempel en tynd plade af glimmer, placeres mellem termoelektroderne og pladen. Det anbefales også at dække hele overfladen af ​​krydset og termoelektrodeområdet med et lag af termisk isolering, for eksempel en ildfast belægning, for at reducere tab som følge af stråling og konvektiv varmeoverførsel.

Ved at overholde disse forholdsregler er det muligt at sikre, at metaldeles overfladetemperatur måles inden for få grader.

Nogle gange er det ikke termoelementets forbindelse, der er svejset til overfladen af ​​metalpladen, men dets termoelementer i en vis afstand fra hinanden.

Denne metode til måling af temperaturen på en metaloverflade kan kun betragtes som acceptabel, hvis der er tillid til ligheden mellem temperaturerne på pladerne ved de to svejsningspunkter for termoelektroder. Ellers vil der opstå parasitisk termoelektrisk effekt i termoelementkredsløbet. d. s udviklet fra termoelektrodematerialerne med pladematerialet.

Nedenfor er en beskrivelse af termoelementer såsom bue, patch og bajonet.De bruges til at måle temperaturerne på overfladerne af stationære legemer.

Termoelement med sløjfe (bånd)

Næstermoelementet er udstyret med et følsomt element lavet i form af en strimmel lavet af to metaller eller legeringer (for eksempel chromel og alumel) med en længde på 300 mm, en bredde på 10 - 15 mm, loddet eller svejset i panden og rullet til en tykkelse på 0,1 - 0,2 mm...

Enderne af båndet med en samling i midten er fastgjort på isolatorer i enderne af et bueformet fjederhåndtag, så båndet hele tiden er stramt. Fra dens ender til terminalerne på måleanordningen (millivoltmeter) er der ledninger lavet af de samme materialer som de to halvdele af båndet.

For at måle temperaturen på en konveks overflade, presses stråletermoelementet mod denne overflade fra midterdelen, så overfladen er dækket af tape, mindst i 30 mm sektioner på hver side af krydset.

Grise termoelement

Termoelektroderne, der danner et termoelement, er loddet ind i de gennemgående huller på den rødkobberskive. For at sikre strukturens mekaniske styrke anvendes termoelektroder med en diameter på 2 - 3 mm. Den nederste overflade af skiven ("plasteret") er støbt ind i den overflade, som termoelementet er beregnet til at måle temperaturen til.

Den termoelektromotoriske kraft af patch-termoelementet dannes som et resultat af lukningen af ​​termoelektroderne af plasterets metal. Ved god lodning sker denne lukning over hele overfladen af ​​termoelektrodesegmenterne, der er forsænket inde i lappen.Men det elektriske kredsløb med den laveste modstand er hovedsageligt dannet af det øvre overfladelag af plasteret, og temperaturen på dette lag bestemmer hovedsageligt den termoelektriske effekt. etc. v. termoelementer.

Varmebalanceligningerne for patch-termoelementet ligner det, der blev gjort ovenfor for strimmeltermoelementet, med den forskel, at ud over varmefluxen, der spredes som et resultat af konvektiv og strålingsvarmeoverførsel fra plasterets ydre overflade, er der stor Det er vigtigt at tage hensyn til den del af den afledte varmeflux, der suges af termoelektrodepletterne på grund af deres varmeledningsevne.

Det er nødvendigt at tage hensyn til følgende forhold. Termoelektroder er lavet af forskellige metaller eller legeringer med forskellige værdier af varmeledningskoefficienten. Således er for eksempel platin-rhodium termoelementet af PP-typen karakteriseret ved en varmeledningskoefficient, der er halvdelen af ​​det andet termoelement - platin.

Hvis termoelektrodernes diametre er de samme, vil forskellen i værdierne af termoelektrodernes varmeledningskoefficienter føre til, at der dannes en temperaturforskel på stederne for elektrisk kontakt mellem termoelektroderne og patch, hvilket vil føre til udseendet af parasitisk termoelektrisk energi i termoelementkredsløbet. etc. med

Pin termoelement

Termoelementer af denne type bruges primært til at måle overfladetemperaturerne på relativt bløde metaller og legeringer. Til et bajonet termoelement anvendes termoelektroder lavet af tilstrækkeligt hårde legeringer, for eksempel chromel og alumel med en diameter på 3-5 mm.

En af termoelementets termoelektroder er fastgjort fast på hovedet, og den anden kan bevæge sig på sin akse, og i den ikke-fungerende tilstand trækkes dens ende af en fjeder under enden af ​​den første termoelektrode. Enderne af de to termoelektroder er spidse.

Når et termoelement bringes til en genstand af betydelig størrelse, rører overfladen af ​​objektet først spidsen af ​​den bevægelige termoelektrode. Med yderligere tryk på hovedet kommer termoelektroden ind i det, indtil spidsen af ​​termoelektroden møder objektets overflade. Begge punkter gennemborer derefter overfladeoxidfilmen på overfladen af ​​objektet, og dette metal lukker termoelementets elektriske kredsløb.

Med god slibning af termoelektrodernes ender giver termoelementet pålidelige resultater til måling af temperaturerne på overfladerne af ikke-jernholdige metaller med en blød, let gennemtrængende oxidfilm.

Anvendelsen af ​​et bajonet termoelement med stumpe spidser fører til, at de to termoelektroders kontaktflader med objektet bliver relativt store, hvorved genstandenes overflader afkøles de steder, hvor termoelementernes ender berører og termoelementet giver klart undervurderede temperaturaflæsninger. Allerede efter 20 — 30 sekunder opvarmer varmen, der kommer fra de omkringliggende områder af objektet, den afkølede sektion og med den enderne af termoelektroderne.

Således giver et bajonettermoelement med stumpe ender i kontaktøjeblikket undervurderede aflæsninger af objektets temperatur, hvorefter dets aflæsninger inden for et par snese sekunder stiger, asymptotisk nærmer sig en stabil værdi.Denne stabile værdi adskiller sig mere fra den faktiske værdi af objektets overfladetemperatur, jo større kontaktfladen af ​​de stumpe ender af termoelektroderne er med objektet.

Kalibrering af overflade termoelementer

Den stationære temperatur på overfladetermoelementet er lavere end den målte temperatur på den overflade, som termoelementet er i kontakt med. Denne temperaturforskel kan i vid udstrækning forklares på grund af kalibreringen af ​​overfladetermoelementet under varmeoverførselsforhold fra dets ydre overflade, der nærmer sig driftsbetingelser.

Fra denne position følger det, at kalibreringskarakteristikken for termoelementoverflader kan afvige væsentligt fra karakteristikken for et termoelement dannet af de samme termoelektroder, men kalibreret ved metoden til sammenligning med et eksempel, når de samtidig nedsænkes i et termostateret rum.

Derfor kan overfladetermoelementer ikke kalibreres ved nedsænkning i termostater (væskelaboratorievarmetermostater til kalibrering af termoelementer). En anden kalibreringsteknik skal anvendes på dem.

Overfladetermoelementer kalibreres ved at påføre det nødvendige tryk på den ydre metaloverflade af den tyndvæggede væsketermostat. Den opvarmede væske inde i termostaten blandes godt, og dens temperatur måles med en prøveanordning.

Termostatens ydre overflade er dækket af et lag termisk isolering. Den termiske isolering dækker ikke kun et lille område af den ydre overflade, som er cirka halvdelen af ​​højden af ​​termostaten, hvorpå termoelementet er påført.

I dette design kan temperaturen på termostatens metaloverflade under overfladetermoelementet, med en fejl, der ikke overstiger et par tiendedele af en grad, betragtes som lig med temperaturen af ​​væsken i termostaten.