قياس درجات حرارة السطح بالمزدوجات الحرارية

غير موجود مزدوج حراري من نوع واحدمصممة لقياس درجة حرارة سطح الأجسام الصلبة (المزدوجات الحرارية السطحية). ترجع وفرة تصميمات المزدوجة الحرارية السطحية في المقام الأول إلى مجموعة متنوعة من ظروف القياس وخصائص الأسطح التي سيتم قياس درجات حرارتها.

في الممارسة الصناعية ، من الضروري قياس درجات حرارة الأسطح بأشكال هندسية مختلفة ، وأجسام ثابتة ودوارة ، وأجسام وعوازل موصلة للكهرباء ، وأجسام ذات موصلية حرارية عالية ومنخفضة ، وسلسة وخشنة. لذلك ، تكون المزدوجات الحرارية السطحية المناسبة للاستخدام في بعض الظروف غير مناسبة في حالات أخرى.

قياس درجة حرارة السطح المعدني بلحام مزدوج حراري

في كثير من الأحيان ، لقياس درجات حرارة الصفائح المعدنية الرقيقة المسخنة أو الأجسام الصلبة ، يتم لحام الوصلة الحرارية مباشرة أو لحامها بالسطح قيد الاختبار.لا يمكن اعتبار طريقة قياس درجة الحرارة هذه مقبولة إلا إذا تم اتخاذ احتياطات معينة.

يتم إجراء التبادل الحراري بين سطح اللوحة وكرة التوصيل للمزدوجات الحرارية بشكل أساسي عن طريق تدفق الحرارة الذي يمر عبر سطح التلامس ، وهو جزء من سطح التقاطع والأقطاب الحرارية المجاورة للتقاطع. إلى حد ما ، يحدث التبادل الحراري عن طريق الإشعاع بين الصفيحة وجزء من سطح تقاطع القطب الحراري غير الملامس لها.

من ناحية أخرى ، يفقد جزء سطح التقاطع الملامس للوحة والأقطاب الحرارية الحرارية المزدوجة الطاقة الحرارية بسبب الإشعاع للأجسام الباردة المحيطة باللوحة ونقل الحرارة بالحمل الحراري إلى تدفقات الهواء التي تغسل الوصلة.

وبالتالي ، فإن الوصلة والأقطاب الحرارية الحرارية المجاورة لها تبدد جزءًا كبيرًا من الطاقة الحرارية التي يتم توفيرها باستمرار للوصلة من خلال سطح تلامس اللوحة.

نتيجة للتوازن ، تبين أن درجة حرارة التقاطع والجزء المجاور من سطح اللوحة أقل بكثير من درجة حرارة أجزاء اللوحة البعيدة عن التقاطع (عند قياس درجات الحرارة العالية للألواح الرقيقة ، يمكن أن يصل خطأ القياس المنهجي هذا إلى مئات الدرجات).

يتم تقليل هذا الخطأ عن طريق تقليل كمية تدفق الحرارة التي تبددها أقطاب التوصيل والمزدوجة الحرارية ، ولهذا الغرض ، من المفيد استخدام المزدوجات الحرارية المصنوعة من أنحف أقطاب كهربائية ممكنة.

لا ينبغي إزالة الأقطاب الكهربائية الحرارية نفسها على الفور من اللوحة ، ولكن من الأفضل وضعها أولاً في تلامس حراري مع اللوحة على مسافة تساوي 50 قطرًا على الأقل من الأقطاب الكهربائية الحرارية.

يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه إذا لم تتأكسد اللوحة وسطح الأقطاب الكهربائية الحرارية ، فيمكن إغلاقها بواسطة الصفيحة و قياس الطاقة الحرارية. إلخ. الخامس. الازدواج الحراري سوف تتوافق مع درجة الحرارة ليس من تقاطع المزدوج الحراري ولكن مع درجة حرارة نقطة التلامس للمزدوج الحراري مع السطح.

في هذه الحالة ، يجب وضع طبقة رقيقة من العزل الكهربائي ، على سبيل المثال ورقة رقيقة من الميكا ، بين الأقطاب الكهربائية الحرارية واللوحة. يوصى أيضًا بتغطية كامل سطح التقاطع ومنطقة القطب الحراري بطبقة من العزل الحراري ، على سبيل المثال طلاء مقاوم للحرارة ، لتقليل الخسائر الناجمة عن الإشعاع ونقل الحرارة بالحمل الحراري.

من خلال مراعاة هذه الاحتياطات ، من الممكن التأكد من قياس درجة حرارة سطح الأجزاء المعدنية في غضون بضع درجات.

في بعض الأحيان ، لا تكون وصلة المزدوجة الحرارية هي التي يتم لحامها بسطح اللوح المعدني ، ولكن المزدوجات الحرارية الخاصة بها على مسافة ما من بعضها البعض.

لا يمكن اعتبار طريقة قياس درجة حرارة سطح معدني مقبولة إلا إذا كانت هناك ثقة في مساواة درجات حرارة الألواح عند نقطتي لحام الأقطاب الكهربائية الحرارية. خلاف ذلك ، ستظهر الطاقة الكهروحرارية الطفيلية في دائرة المزدوجة الحرارية. د. تم تطويرها من مواد القطب الحراري مع مادة اللوحة.

يوجد أدناه وصف للمزدوجات الحرارية مثل القوس والرقعة والحربة.يتم استخدامها لقياس درجات حرارة أسطح الأجسام الثابتة.

الحرارية مع القوس (الشريط)

المزدوجة الحرارية للأنف مزودة بعنصر حساس مصنوع على شكل شريط مصنوع من معدنين أو سبائك (على سبيل المثال ، الكروم والألوميل) بطول 300 مم ، وعرض 10-15 مم ، ملحومًا أو ملحومًا في جبين وملفوف بسمك 0.1 - 0.2 مم ...

يتم تثبيت أطراف الشريط مع مفصل في المنتصف على عوازل في نهايات مقبض زنبركي على شكل قوس بحيث يكون الشريط مشدودًا في جميع الأوقات. من نهاياته إلى أطراف جهاز القياس (الميليفولتميتر) توجد أسلاك مصنوعة من نفس المواد مثل نصفي الشريط.

لقياس درجة حرارة سطح محدب ، يتم ضغط مزدوج الحزمة الحرارية على هذا السطح من الجزء الأوسط بحيث يتم تغطية السطح بشريط ، على الأقل لأقسام 30 مم على جانبي التقاطع.

خنزير الحرارية

يتم لحام الأقطاب الكهربائية الحرارية المكونة لمزدوجة حرارية في فتحات القرص النحاسي الأحمر. لضمان القوة الميكانيكية للهيكل ، يتم استخدام أقطاب حرارية بقطر 2-3 مم. يتم تشكيل السطح السفلي للقرص ("الرقعة") في السطح الذي تهدف المزدوجة الحرارية إلى قياس درجة الحرارة فيه.

تتشكل القوة الحرارية الكهروحرارية للرقعة الحرارية نتيجة لإغلاق الأقطاب الكهربائية الحرارية بمعدن الرقعة. في حالة اللحام الجيد ، يحدث هذا الإغلاق على كامل سطح مقاطع القطب الحراري الموجودة داخل الرقعة.لكن الدائرة الكهربائية ذات المقاومة الأقل تتشكل أساسًا من الطبقة السطحية العلوية للرقعة ، وتحدد درجة حرارة هذه الطبقة بشكل أساسي الطاقة الكهروحرارية. إلخ. v. المزدوجات الحرارية.

تتشابه معادلات التوازن الحراري للرقعة الحرارية مع ما تم إجراؤه أعلاه للمزدوجة الحرارية للشريط ، مع اختلاف أنه بالإضافة إلى تدفق الحرارة تبدد نتيجة انتقال الحرارة بالحمل الحراري والإشعاعي من السطح الخارجي للرقعة ، تكمن الأهمية في مراعاة جزء التدفق الحراري المشتت الذي تمتصه بقع القطب الحراري بسبب توصيلها الحراري.

من الضروري مراعاة الظروف التالية. تصنع الأقطاب الكهربائية من معادن أو سبائك مختلفة بقيم مختلفة لمعامل التوصيل الحراري. وهكذا ، على سبيل المثال ، تتميز المزدوجة الحرارية البلاتينية والروديوم من النوع PP بمعامل توصيل حراري يساوي نصف معامل التوصيل الحراري الثاني - البلاتين.

إذا كانت أقطار الأقطاب الكهربائية هي نفسها ، فإن الاختلاف في قيم معاملات التوصيل الحراري للأقطاب الكهربائية الحرارية سيؤدي إلى حقيقة أن فرق درجة الحرارة يتشكل في أماكن التلامس الكهربائي للأقطاب الكهربائية الحرارية مع التصحيح ، مما يؤدي إلى ظهور طاقة كهروحرارية طفيلية في الدائرة الحرارية المزدوجة. إلخ. مع

دبوس الحرارية

تستخدم المزدوجات الحرارية من هذا النوع بشكل أساسي لقياس درجات حرارة سطح المعادن والسبائك اللينة نسبيًا. بالنسبة لمزدوجة حربة حرارية ، يتم استخدام أقطاب حرارية مصنوعة من سبائك صلبة بدرجة كافية ، على سبيل المثال الكروم والألوميل بقطر 3-5 مم.

يتم تثبيت أحد الأقطاب الحرارية الحرارية بشكل ثابت على الرأس ، ويمكن أن يتحرك الثاني على محوره ، وفي حالة عدم العمل ، يتم سحب نهايته بواسطة زنبرك أسفل نهاية القطب الحراري الأول. نهايات القطبين الحراريين مدببة.

عندما يتم إحضار مزدوج حراري إلى جسم ذي حجم كبير ، فإن سطح الجسم يلمس أولاً طرف القطب الحراري المتحرك. مع ضغط إضافي على الرأس ، يدخله القطب الحراري حتى يلتقي طرف القطب الحراري بسطح الكائن. ثم تخترق النقطتان طبقة أكسيد السطح على سطح الجسم ويغلق هذا المعدن الدائرة الكهربائية للمزدوجة الحرارية.

من خلال شحذ نهايات الأقطاب الكهربائية الحرارية بشكل جيد ، توفر المزدوجات الحرارية نتائج موثوقة لقياس درجات حرارة أسطح المعادن غير الحديدية باستخدام طبقة أكسيد ناعمة يسهل ثقبها.

يؤدي استخدام حربة حربة مع أطراف غير حادة إلى حقيقة أن أسطح التلامس بين القطبين الحراريين مع الجسم تصبح كبيرة نسبيًا ، ونتيجة لذلك تبرد أسطح الأشياء في الأماكن التي تتلامس فيها نهايات المزدوجات الحرارية و تعطي المزدوجة الحرارية قراءات درجة حرارة أقل من الواقع. ومع ذلك ، بالفعل بعد 20-30 ثانية ، الحرارة القادمة من المناطق المحيطة للجسم تسخن القسم المبرد ، ومعها نهايات الأقطاب الكهربائية الحرارية.

وهكذا ، فإن حربة حربة ذات نهايات حادة في لحظة التلامس تعطي قراءات أقل من درجة حرارة الجسم ، وبعد ذلك ، في غضون بضع عشرات من الثواني ، تزداد قراءاتها ، وتقترب بشكل مقارب من قيمة ثابتة.تختلف هذه القيمة الثابتة أكثر عن القيمة الفعلية لدرجة حرارة سطح الجسم ، فكلما زاد سطح التلامس للنهايات غير الحادة للأقطاب الكهربائية الحرارية مع الكائن.

معايرة المزدوجات الحرارية السطحية

تكون درجة الحرارة الثابتة للمزدوجة الحرارية السطحية أقل من درجة الحرارة المقاسة للسطح الذي تتلامس معه المزدوجة الحرارية. يمكن حساب هذا الاختلاف في درجة الحرارة إلى حد كبير بسبب معايرة المزدوجة الحرارية السطحية في ظل ظروف نقل الحرارة من سطحها الخارجي ، والتي تقترب من ظروف التشغيل.

من هذا الموضع ، يترتب على ذلك أن خاصية المعايرة لأسطح المزدوجة الحرارية يمكن أن تختلف اختلافًا كبيرًا عن خاصية المزدوج الحراري المتكون من نفس الأقطاب الكهربية الحرارية ، ولكن تتم معايرتها بطريقة المقارنة مع مثال ، عندما يتم غمرها في وقت واحد في مساحة حرارية.

لذلك ، لا يمكن معايرة المزدوجات الحرارية السطحية عن طريق الغمر في منظمات الحرارة (ترموستات تسخين المختبر السائل لمعايرة المزدوجات الحرارية). يجب تطبيق تقنية معايرة مختلفة عليها.

تتم معايرة المزدوجات الحرارية السطحية عن طريق الضغط المطلوب على السطح المعدني الخارجي للثرموستات السائل ذي الجدران الرقيقة. يتم خلط السائل المسخن داخل منظم الحرارة جيدًا وتقاس درجة حرارته ببعض أجهزة العينة.

السطح الخارجي للثرموستات مغطى بطبقة عازلة للحرارة. لا يغطي العزل الحراري مساحة صغيرة فقط من السطح الخارجي ، والتي تبلغ حوالي نصف ارتفاع منظم الحرارة ، حيث يتم تطبيق المزدوجة الحرارية.

في هذا التصميم ، يمكن اعتبار درجة حرارة السطح المعدني للثرموستات أسفل المزدوجة الحرارية السطحية ، مع خطأ لا يتجاوز بضعة أعشار من الدرجة ، مساوية لدرجة حرارة السائل في منظم الحرارة.