انواع و اصول کار ترموکوپل ها

انواع و اصول کار ترموکوپل ها
اصل کار ترموکوپل:
هنگامی که دو هادی و نیمه هادی های مختلف A و B یک مدار را با دو انتهای خود که به یکدیگر متصل هستند تشکیل می دهند ، تا زمانی که درجه حرارت در دو گره متفاوت باشد ، با یک انتهای دارای دمای T ، به نام انتهای کار یا انتهای گرم ، و انتهای دیگر که دارای دمای انتهایی است (همچنین به عنوان انتهای مرجع) یا انتهای مرجع شناخته می شود ، جریان پتانسیل در مدار ایجاد می شود و در مدار آن وجود دارد که در مدار آن وجود دارد و در مدار آن وجود دارد. پدیده تولید نیروی الکتروموتوری به دلیل اختلاف دما ، اثر Seebeck نامیده می شود. دو اثر مربوط به Seebeck وجود دارد: اولا ، هنگامی که یک جریان از طریق اتصال بین دو هادی مختلف جریان می یابد ، گرما جذب می شود یا آزاد می شود (بسته به جهت جریان) ، که به آن اثر peltier گفته می شود. ثانیاً ، هنگامی که یک جریان از طریق یک هادی با گرادیان دما جاری می شود ، هادی گرما را جذب یا آزاد می کند (بسته به جهت جریان نسبت به گرادیان دما) ، معروف به اثر تامسون. ترکیبی از دو هادی یا نیمه هادی مختلف ، ترموکوپل نامیده می شود. EAB پتانسیل ترموالکتریک (t ، t 0) یک ترموکوپل از پتانسیل تماس و پتانسیل ترموالکتریک تشکیل شده است. پتانسیل تماس به پتانسیل الکتریکی تولید شده در نقطه تماس بین دو هادی مختلف یا نیمه هادی اشاره دارد که مربوط به خواص دو هادی یا نیمه هادی و دمای آن در نقطه تماس است. پتانسیل ترموالکتریک به پتانسیل تولید شده در دو انتهای همان هادی یا نیمه هادی در دماهای مختلف اشاره دارد. این پتانسیل فقط مربوط به خواص هادی یا نیمه هادی و درجه حرارت در هر دو انتها است و از طول ، اندازه مقطع و توزیع دما در طول جهت طول هادی مستقل است. هر دو پتانسیل تماس و پتانسیل ترموالکتریک به دلیل تعداد مختلف الکترون های متمرکز در نقاط پایانی تماس تولید می شوند و پتانسیل ترموالکتریک اندازه گیری شده توسط یک ترموکوپل ترکیبی از این دو است. هنگامی که مدار قطع شود ، اختلاف نیروی الکتروموتوری △ V بین نقاط جدا شده A و B وجود دارد ، که قطب و بزرگی آن با پتانسیل ترموالکتریک در مدار سازگار است. و تصریح شده است که در انتهای سرما ، هنگامی که جریان از A به B جریان می یابد ، A به عنوان الکترود مثبت و B الکترود منفی است. آزمایشات نشان داده اند که وقتی Δ V کوچک است ، Δ V به طور مستقیم با Δ T متناسب است. پتانسیل ترموالکتریک دیفرانسیل δ V در مقابل Δ T به عنوان سرعت پتانسیل ترموالکتریک تعریف می شود ، همچنین به عنوان ضریب Seebeck شناخته می شود. علامت و بزرگی ضریب Seebeck به خصوصیات ترموالکتریک دو هادی که ترموکوپل و اختلاف دما را در محل اتصال تشکیل می دهند بستگی دارد. انواع ترموکوپل ها
ترموکوپل های معمولاً مورد استفاده را می توان به دو دسته تقسیم کرد: ترموکوپل های استاندارد و ترموکوپل های غیر استاندارد. ترموکوپل به اصطلاح استاندارد به یک ترموکوپل اشاره دارد که دارای یک استاندارد ملی است که رابطه بین پتانسیل و دمای ترموالکتریک آن را مشخص می کند ، خطاها را امکان پذیر می کند و دارای مقیاس استاندارد یکپارچه است. این یک ابزار نمایشگر تطبیق برای انتخاب در دسترس است. ترموکوپل های غیر استاندارد به اندازه ترموکوپل های استاندارد شده به همان اندازه مورد استفاده قرار نمی گیرند و یا از همان ترتیب بزرگی استفاده نمی کنند و به طور کلی یک جدول کالیبراسیون یکپارچه ندارند. آنها عمدتاً برای اندازه گیری در موارد خاص مورد استفاده قرار می گیرند. از اول ژانویه سال 1988 ، تمام ترموکوپل ها و ترمیستورها در چین مطابق با استانداردهای بین المللی IEC تولید شده اند و هفت ترموکوپل استاندارد شده ، یعنی S ، B ، E ، K ، R ، J و T ، به عنوان ترموکوپل های طراحی یکپارچه در چین تعیین شده اند.
1. کروم نیکل ترموکوپل از نوع K (ترموکوپل نیکل (آلومینیوم نیکل))
ترموکوپل نوع K یک ترموکوپل فلزی کم هزینه با مقاومت اکسیداسیون قوی است که می تواند دمای محیط را از 0 تا 1300 درجه اندازه گیری کند. این مناسب برای استفاده مداوم در گازهای اکسید کننده و بی اثر ، با دمای استفاده کوتاه مدت 1200 درجه و دمای استفاده طولانی مدت 1000 درجه است. رابطه بین پتانسیل ترموالکتریک و درجه حرارت آن تقریباً خطی است و در حال حاضر آن را به عنوان ترموکوپل به طور گسترده استفاده می کند. با این حال ، برای استفاده از سیم لخت در خلاء ، حاوی گوگرد ، کربن حاوی جو و جوهای کاهش اکسیداسیون متناوب مناسب نیست. هنگامی که فشار جزئی اکسیژن کم است ، کروم در الکترود کروم نیکل ترجیحاً اکسیده می شود و باعث تغییر قابل توجهی در پتانسیل ترموالکتریک می شود. با این حال ، تأثیر گاز فلزی بر آن نسبتاً اندک است ، بنابراین اغلب از لوله های محافظ فلزی استفاده می شود.
مضرات ترموکوپل نوع K:
(1) پایداری درجه حرارت بالا از پتانسیل ترموالکتریک نسبت به ترموکوپل های نوع N و ترموکولهای فلزی گرانبها پایین تر است و اغلب به دلیل اکسیداسیون در دماهای بالاتر (مانند بیش از 1000 درجه) آسیب می بیند.
(2) ثبات دوچرخه سواری حرارتی کوتاه مدت در محدوده درجه 250-500 خوب نیست ، یعنی در همان نقطه دما ، قرائت های پتانسیل ترموالکتریک در طی فرآیند گرمایشی و سرمایش متفاوت است و تفاوت می تواند به درجه {3}} برسد.
. به خصوص هنگامی که در یک میدان مغناطیسی مورد استفاده قرار می گیرد ، تداخل ترموالکتریک مستقل زمان اغلب رخ می دهد.
(4) قرار گرفتن در معرض طولانی مدت در برابر محیط تابش سیستم با توان بالا می تواند به دلیل تخریب عناصری مانند منگنز (منگنز) و کبالت (CO) در الکترود منفی ، تغییرات قابل توجهی در پتانسیل ترموالکتریک ایجاد کند و در نتیجه ثبات ضعیف ایجاد شود.
2. ترموکوپل از نوع S (ترموکوپل پلاتین 10 پلاتین)
الکترود مثبت این ترموکوپل از آلیاژ رودیوم پلاتین حاوی 10 ٪ رودیم تشکیل شده است ، و الکترود منفی پلاتین خالص است.
ویژگی های آن عبارتند از:
(1) عملکرد ترموالکتریک پایدار ، مقاومت به اکسیداسیون قوی ، مناسب برای استفاده مداوم در یک جو اکسید کننده ، دمای استفاده طولانی مدت می تواند به 1300 درجه برسد. حتی در هوا ، سیم پلاتین خالص مجدداً تبلور می یابد و باعث بیش از 1400 درجه می شود.
(2) دقت بالا ، با بالاترین سطح دقت در بین تمام ترموکوپل ها ، که معمولاً به عنوان استاندارد یا برای اندازه گیری دمای بالاتر استفاده می شود.
(3) با یکنواختی خوب و قابل تعویض قابل استفاده است.
(4) معایب اصلی عبارتند از: پتانسیل ترموالکتریک دیفرانسیل کوچک است و در نتیجه حساسیت کم است. قیمت گران قیمت ، قدرت مکانیکی پایین ، نه
مناسب برای استفاده در کاهش جو یا شرایط با بخار فلزی.
3.
ترموکوپل از نوع E یک محصول نسبتاً جدید است و آلیاژ کروم نیکل به عنوان الکترود مثبت و آلیاژ نیکل مس (کنستانسان) به عنوان الکترود منفی است. بزرگترین ویژگی آن این است که در بین ترموکوپل های متداول ، بالاترین پتانسیل ترموالکتریک ، یعنی بالاترین حساسیت را دارد. اگرچه دامنه کاربرد آن به اندازه ترموکوپل از نوع K گسترده نیست ، اما اغلب در شرایطی انتخاب می شود که نیاز به حساسیت بالا ، هدایت حرارتی کم و تحمل برای مقاومت بالا دارد. شرایط محدود کننده در هنگام استفاده همانند موارد K-Type است ، اما نسبت به خوردگی در محیط هایی با رطوبت بالاتر بسیار حساس نیست.
ترموکوپل از نوع N (نیکل کروم سیلیکون نیکل سیلیکون ترموکوپل)
ویژگی های اصلی این ترموکوپل عبارتند از: دمای قوی و مقاومت اکسیداسیون زیر 1300 درجه ، پایداری طولانی مدت خوب و تکرارپذیری چرخه حرارتی کوتاه مدت ، مقاومت خوب در برابر تابش هسته ای و عملکرد دمای پایین. علاوه بر این ، در محدوده درجه {3}} ، خطی بودن خصوصیات ترموالکتریک ترموکوپل های نوع n از ترموکوپل های نوع K بهتر است. با این حال ، خطای غیرخطی در محدوده دمای پایین ({6}} 400 درجه) نسبتاً زیاد است ، و پردازش مواد سخت و دشوار است.
5.
ترموکوپل نوع J: الکترود مثبت این ترموکوپل آهن خالص است و الکترود منفی ثابت است (آلیاژ نیکل مس). این قیمت با قیمت پایین آن مشخص می شود و برای کاهش اکسیداسیون خلاء یا جو بی اثر مناسب است. دامنه دما از {1}}} تا 800 درجه است ، اما دمای متداول فقط زیر 500 درجه است ، زیرا فراتر از این دما ، میزان اکسیداسیون الکترود فروالکتریک تسریع می شود. در صورت استفاده از قطر سیم ضخیم ، هنوز هم می توان در دماهای بالا استفاده کرد و عمر خدمات طولانی تری دارد. این ترموکوپل قادر به تحمل خوردگی از گازهای هیدروژن (H2) و مونواکسید کربن (CO) است ، اما در دمای بالا (مانند 500 درجه) جوی حاوی گوگرد (S) قابل استفاده نیست.
6. ترموکوپل از نوع T (مس نیکل نیکل) ترموکوپل)
ترموکوپل از نوع T: الکترود مثبت این ترموکوپل مس خالص است و الکترود منفی آلیاژ نیکل مس است (همچنین به عنوان کنستانسان نیز شناخته می شود). ویژگی های اصلی آن عبارتند از:
در میان ترموکوپل های فلزی کم هزینه ، بیشترین دقت و یکنواختی خوب الکترود ترموالکتریک را دارد. دمای عملیاتی آن {1}} 350 درجه است. با توجه به اکسیداسیون آسان و جدا شدن فیلم اکسید الکترود داغ مس ، به طور کلی نباید در هنگام استفاده در یک فضای اکسید کننده از 300 درجه تجاوز کند. در محدوده -200 300 درجه ، آنها حساسیت بالایی دارند. یکی دیگر از ویژگی های ترموکوپل های Constantan Condistan این است که آنها ارزان هستند و در بین چندین محصول استاندارد استاندارد استفاده می شوند.
7.
الکترود مثبت این ترموکوپل یک آلیاژ رودیوم پلاتین 13 ٪ است و الکترود منفی پلاتین خالص است. در مقایسه با نوع S ، میزان بالقوه آن حدود 15 ٪ بیشتر است.
(1) عملکرد ترموالکتریک پایدار ، مقاومت به اکسیداسیون قوی ، مناسب برای استفاده مداوم در یک جو اکسید کننده ، دمای استفاده طولانی مدت می تواند به 1300 درجه برسد. حتی در هوا ، سیم پلاتین خالص مجدداً تبلور می یابد و باعث بیش از 1400 درجه می شود.
(2) دقت بالا ، با بالاترین سطح دقت در بین تمام ترموکوپل ها ، که معمولاً به عنوان استاندارد یا برای اندازه گیری دمای بالاتر استفاده می شود.
(3) با یکنواختی خوب و قابل تعویض قابل استفاده است.
(4) معایب اصلی عبارتند از: پتانسیل ترموالکتریک دیفرانسیل کوچک است و در نتیجه حساسیت کم است. قیمت گران قیمت ، قدرت مکانیکی پایین ، نه
مناسب برای استفاده در کاهش جو یا شرایط با بخار فلزی.