ما هي الحرارية: مبدأ العمل وتطبيقاته

في عام 1821 ، كشف عالم فيزياء يُدعى 'توماس سيبيك' أنه عندما يتم توصيل سلكين معدنيين مختلفين عند طرفي تقاطع واحد في دائرة عندما يتم تطبيق درجة الحرارة على التقاطع ، سيكون هناك تدفق للتيار عبر الدائرة والذي يعرف بالمجال الكهرومغناطيسي (EMF). الطاقة التي تنتجها الدائرة تسمى تأثير سيبيك. باستخدام تأثير توماس سيبيك كمبدأ إرشادي له ، تعاون الفيزيائيان الإيطاليان وهما ليوبولدو نوبيلي وماكدونيو ميلوني لتصميم بطارية حرارية كهربائية في عام 1826 ، والتي تسمى المضاعف الحراري ، وقد استمدت من اكتشاف الكهرباء الحرارية لسيبيك من خلال دمج الجلفانومتر بالإضافة إلى جهاز حراري لحساب الإشعاع. لجهوده ، حدد بعض الناس نوبيلي كمكتشف للمزدوجة الحرارية.

ما هي المزدوجة الحرارية؟

يمكن تعريف المزدوجة الحرارية على أنها نوع من درجات الحرارة المستشعر يستخدم لقياس درجة الحرارة عند نقطة معينة في شكل EMF أو تيار كهربائي. يتكون هذا المستشعر من سلكين معدنيين غير متشابهين متصلين ببعضهما البعض عند تقاطع واحد. يمكن قياس درجة الحرارة عند هذا التقاطع ، ويؤدي التغير في درجة حرارة السلك المعدني إلى تحفيز الفولتية.

الحرارية

كمية EMF المتولدة في الجهاز دقيقة جدًا (مللي فولت) ، لذلك يجب استخدام أجهزة حساسة للغاية لحساب قوة emf المنتجة في الدائرة. الأجهزة الشائعة المستخدمة لحساب emf هي مقياس جهد موازنة الجهد ومقياس الجلفانومتر العادي. من هذين ، يتم استخدام مقياس الجهد المتوازن ماديًا أو ميكانيكيًا.

مبدأ عمل المزدوجات الحرارية

ال مبدأ الحرارية يعتمد بشكل أساسي على التأثيرات الثلاثة وهي Seebeck و Peltier و Thompson.

انظر تأثير بيك

يحدث هذا النوع من التأثير بين معدنين مختلفين. عندما تقدم الحرارة إلى أي من الأسلاك المعدنية ، فإن تدفق الإلكترونات يتدفق من سلك معدني ساخن إلى سلك معدني بارد. لذلك ، يحفز التيار المباشر الدائرة.

تأثير بلتيير

تأثير بلتيير هذا معاكس لتأثير سيبيك. ينص هذا التأثير على أن اختلاف درجة الحرارة يمكن تشكيله بين أي موصلين مختلفين عن طريق تطبيق الاختلاف المحتمل بينهما.

تأثير طومسون

يوضح هذا التأثير أنه عندما يتم تثبيت معدنين متباينين ​​معًا وإذا كانا يشكلان مفصلين ، فإن الجهد يحث على الطول الكلي للموصل بسبب تدرج درجة الحرارة. هذه كلمة مادية توضح التغيير في معدل واتجاه درجة الحرارة في موضع محدد.

بناء الحرارية

يظهر بناء الجهاز أدناه. وهي تتألف من سلكين معدنيين مختلفين ومتصلين معًا عند نهاية التقاطع. يعتقد مفترق الطرق كنهاية القياس. يتم تصنيف نهاية التقاطع إلى ثلاثة أنواع وهي تقاطع غير مؤرض ومكشوف.

البناء الحراري

مفرق غير مؤرض

في هذا النوع من الوصلات ، تكون الموصلات منفصلة تمامًا عن الغطاء الواقي. تشمل تطبيقات هذا التقاطع بشكل أساسي أعمال تطبيقات الضغط العالي. الفائدة الرئيسية من استخدام هذه الوظيفة هي تقليل تأثير المجال المغناطيسي الشارد.

مفرق مؤرض

في هذا النوع من الوصلات ، يتم توصيل الأسلاك المعدنية وغطاء الحماية معًا. تُستخدم هذه الوظيفة لقياس درجة الحرارة في الجو الحمضي ، وتوفر مقاومة للضوضاء.

مكشوف-مفرق

الوصلة المكشوفة قابلة للتطبيق في المناطق التي تتطلب استجابة سريعة. يستخدم هذا النوع من الوصلات لقياس درجة حرارة الغاز. يعتمد المعدن المستخدم في صنع مستشعر درجة الحرارة بشكل أساسي على نطاق حساب درجة الحرارة.

بشكل عام ، تم تصميم الازدواج الحراري بسلكين معدنيين مختلفين هما الحديد و Constantan الذي يصنع عنصر الكشف عن طريق الاتصال عند تقاطع واحد يسمى تقاطع ساخن. يتكون هذا من تقاطعين ، أحدهما متصل بواسطة الفولتميتر أو جهاز الإرسال حيث يرتبط التقاطع البارد والتقاطع الثاني بعملية تسمى الوصلة الساخنة.

كيف تعمل المزدوجات الحرارية؟

ال مخطط الحرارية يظهر في الصورة أدناه. يمكن بناء هذه الدائرة بمعدنين مختلفين ، ويتم إقرانهما معًا عن طريق توليد تقاطعين. المعدنان محاطان بالاتصال من خلال اللحام.

في الرسم البياني أعلاه ، يتم الإشارة إلى التقاطعات بواسطة P & Q ، ويتم الإشارة إلى درجات الحرارة بواسطة T1 و T2. عندما تختلف درجة حرارة التقاطع عن بعضها البعض ، فإن القوة الكهرومغناطيسية تولد في الدائرة.

دارة الحرارية

إذا تحولت درجة الحرارة عند طرف التقاطع إلى مكافئ ، فإن القوة الكهرومغناطيسية المكافئة وكذلك القوة الكهرومغناطيسية العكسية تنتج في الدائرة ، ولا يوجد تدفق للتيار من خلالها. وبالمثل ، تصبح درجة الحرارة عند نهاية التقاطع غير متوازنة ، ثم يحفز الاختلاف المحتمل في هذه الدائرة.

يعتمد حجم القوة الكهرومغناطيسية المستحثة في الدائرة على أنواع المواد المستخدمة في صنع المزدوجات الحرارية. يتم حساب التدفق الكامل للتيار في جميع أنحاء الدائرة بواسطة أدوات القياس.

تُحسب القوة الكهرومغناطيسية المستحثة في الدائرة بالمعادلة التالية

ه = أ (∆Ө) + ب (∆Ө) 2

حيث ∆Ө هو الفرق في درجة الحرارة بين نهاية الوصلة الحرارية الساخنة ونهاية الوصلة الحرارية المرجعية ، a & b هي ثوابت

أنواع المزدوجات الحرارية

قبل الخوض في مناقشة أنواع المزدوجة الحرارية ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن المزدوجات الحرارية تحتاج إلى الحماية في حقيبة واقية لعزلها عن درجات حرارة الغلاف الجوي. سيقلل هذا الغطاء بشكل كبير من تأثير التآكل على الجهاز.

لذلك ، هناك أنواع عديدة من المزدوجات الحرارية. دعونا نلقي نظرة مفصلة على هؤلاء.

اكتب K. - يسمى هذا أيضًا نوع مزدوج حراري من النيكل والكروم والنيكل والألوميل. إنه النوع الأكثر استخدامًا. تتميز بمميزات الموثوقية المحسنة والدقة وغير المكلفة ويمكن أن تعمل لنطاقات درجات الحرارة الممتدة.

نوع ك

نطاقات درجات الحرارة هي:

سلك درجة حرارية - -454 فهرنهايت إلى 2300 فهرنهايت (-270⁰ج حتى 1260⁰ج)

سلك تمديد (0⁰C إلى 200⁰ج)

هذا النوع K لديه مستوى دقة

قياسي +/- 2.2 درجة مئوية أو +/- 0.75٪ والحدود الخاصة هي +/- 1.1 درجة مئوية أو 0.4٪

اكتب J - وهي مزيج من حديد / قسطنطين. هذا هو أيضًا النوع الأكثر استخدامًا من المزدوجات الحرارية. لديها ميزات الموثوقية المحسنة والدقة وغير مكلفة. لا يمكن تشغيل هذا الجهاز إلا في نطاقات درجات حرارة أقل وله عمر قصير عند تشغيله في نطاق درجات حرارة عالية.

نوع J

نطاقات درجات الحرارة هي:

سلك درجة الحرارة المزدوجة - -346 فهرنهايت إلى 1400 فهرنهايت (-210⁰ج إلى 760⁰ج)

سلك تمديد (0⁰C إلى 200⁰ج)

هذا النوع J لديه مستوى دقة

قياسي +/- 2.2 درجة مئوية أو +/- 0.75٪ والحدود الخاصة هي +/- 1.1 درجة مئوية أو 0.4٪

اكتب T. - مزيج من النحاس / قسنطينة. المزدوج الحراري من النوع T يحمل ثباتًا متزايدًا ويتم تنفيذه عمومًا لتطبيقات درجات الحرارة الأقل مثل المجمدات ذات درجة الحرارة المنخفضة للغاية وعلم التبريد.

نوع تي

نطاقات درجات الحرارة هي:

سلك درجة حرارية - -454 فهرنهايت إلى 700 فهرنهايت (-270⁰ج إلى 370⁰ج)

سلك تمديد (0⁰C إلى 200⁰ج)

هذا النوع T لديه مستوى دقة

قياسي +/- 1.0 درجة مئوية أو +/- 0.75٪ والحدود الخاصة هي +/- 0.5 درجة مئوية أو 0.4٪

اكتب E. - مزيج من النيكل والكروم / القسطنطينية. لديها قدرة إشارة أكبر ودقة محسنة عند مقارنتها بمزدوجات الحرارة من النوع K و J عند تشغيلها عند ≤ 1000F.

يو تايب

نطاقات درجات الحرارة هي:

سلك درجة حرارية - -454 فهرنهايت إلى 1600 فهرنهايت (-270⁰ج إلى 870⁰ج)

سلك تمديد (0⁰C إلى 200⁰ج)

هذا النوع T لديه مستوى دقة

معيار +/- 1.7 درجة مئوية أو +/- 0.5٪ والحدود الخاصة هي +/- 1.0 درجة مئوية أو 0.4٪

اكتب N. - تعتبر إما مزدوجة حرارية نيكروسيل أو نيسيل. تتشابه مستويات درجة الحرارة والدقة في النوع N مع النوع K. ولكن هذا النوع أغلى من النوع K.

نوع N.

نطاقات درجات الحرارة هي:

سلك درجة حرارية - -454 فهرنهايت إلى 2300 فهرنهايت (-270⁰ج إلى 392⁰ج)

سلك تمديد (0⁰C إلى 200⁰ج)

هذا النوع T لديه مستوى دقة

قياسي +/- 2.2 درجة مئوية أو +/- 0.75٪ والحدود الخاصة هي +/- 1.1 درجة مئوية أو 0.4٪

اكتب S. - تعتبر إما بلاتين / روديوم أو 10٪ / بلاتين حراري. يتم تنفيذ النوع S من المزدوجات الحرارية بشكل كبير لتطبيقات النطاق ذات درجات الحرارة العالية مثل مؤسسات التكنولوجيا الحيوية والصيدلة. حتى أنه يستخدم في تطبيقات ذات درجات حرارة أقل نظرًا لزيادة دقته واستقراره.

نوع S.

نطاقات درجات الحرارة هي:

سلك درجة حرارية - -58 فهرنهايت إلى 2700 فهرنهايت (-50⁰ج حتى 1480⁰ج)

سلك تمديد (0⁰C إلى 200⁰ج)

هذا النوع T لديه مستوى دقة

معيار +/- 1.5 درجة مئوية أو +/- 0.25٪ والحدود الخاصة هي +/- 0.6 درجة مئوية أو 0.1٪

اكتب R - تعتبر إما بلاتين / روديوم أو 13٪ / بلاتين حراري. يتم تنفيذ النوع S من المزدوجات الحرارية بشكل كبير لتطبيقات نطاق درجات الحرارة العالية. يتم تضمين هذا النوع مع كمية أعلى من الروديوم من النوع S مما يجعل الجهاز أكثر تكلفة. ميزات وأداء النوعين R و S متشابهة تقريبًا. حتى أنه يستخدم في تطبيقات ذات درجات حرارة أقل نظرًا لزيادة دقته واستقراره.

نوع R

نطاقات درجات الحرارة هي:

سلك درجة حرارية - -58 فهرنهايت إلى 2700 فهرنهايت (-50⁰ج حتى 1480⁰ج)

سلك تمديد (0⁰C إلى 200⁰ج)

هذا النوع T لديه مستوى دقة

معيار +/- 1.5 درجة مئوية أو +/- 0.25٪ والحدود الخاصة هي +/- 0.6 درجة مئوية أو 0.1٪

اكتب ب - يعتبر 30٪ من البلاتين روديوم أو 60٪ من البلاتين الروديوم الحراري. يستخدم هذا على نطاق واسع في النطاق الأعلى لتطبيقات درجات الحرارة. من بين جميع الأنواع المذكورة أعلاه ، يحتوي النوع B على أعلى حد لدرجة الحرارة. عند مستويات درجة الحرارة المتزايدة ، ستحافظ المزدوجة الحرارية من النوع B على استقرار ودقة أكبر.

النوع ب

نطاقات درجات الحرارة هي:

سلك درجة حرارية - 32 فهرنهايت إلى 3100 فهرنهايت (0⁰ج حتى 1700⁰ج)

سلك تمديد (0⁰C إلى 100⁰ج)

هذا النوع T لديه مستوى دقة

قياسي +/- 0.5٪

تعتبر الأنواع S و R و B مزدوجة حرارية معدنية نبيلة. يتم اختيار هذه لأنها يمكن أن تعمل حتى في نطاقات درجات الحرارة العالية مما يوفر دقة كبيرة وعمرًا طويلاً. ولكن عند مقارنتها بأنواع المعادن الأساسية ، فهي أكثر تكلفة.

أثناء اختيار المزدوجات الحرارية ، يتعين على المرء أن يأخذ في الاعتبار العديد من العوامل التي تناسب تطبيقاتهم.

• تحقق من نطاقات درجات الحرارة المنخفضة والعالية اللازمة لتطبيقك؟
• ما ميزانية المزدوجة الحرارية التي سيتم استخدامها؟
• ما هي نسبة الدقة التي يجب استخدامها؟
• في أي ظروف جوية ، هل تعمل المزدوجة الحرارية مثل الغازية الخاملة أو المؤكسدة
• ما هو مستوى الاستجابة المتوقعة مما يعني مدى سرعة استجابة الجهاز لتغيرات درجة الحرارة؟
• ما هي الفترة العمرية المطلوبة؟
• تأكد قبل العملية أن الجهاز مغمور في الماء أم لا وإلى أي مستوى من العمق؟
• هل سيكون استخدام المزدوجات الحرارية متقطعًا أم مستمرًا؟
• هل ستتعرض المزدوجة الحرارية للالتواء أو الثني طوال عمر الجهاز؟

كيف تعرف إذا كان لديك مزدوج حراري سيئ؟

من أجل معرفة ما إذا كانت المزدوجات الحرارية تعمل بشكل مثالي ، يحتاج المرء إلى إجراء اختبار للجهاز. قبل الشروع في استبدال الجهاز ، يتعين على المرء التحقق من أنه يعمل بالفعل أم لا. للقيام بذلك ، يكفي وجود مقياس متعدد ومعرفة أساسية بالإلكترونيات. هناك ثلاث طرق أساسية لاختبار المزدوجات الحرارية باستخدام مقياس متعدد ويتم شرحها على النحو التالي:

اختبار المقاومة

لإجراء هذا الاختبار ، يجب وضع الجهاز في خط أجهزة الغاز والمعدات المطلوبة هي مقاطع رقمية متعددة المقاييس ومقاطع تمساح.

الإجراء - قم بتوصيل مقاطع التمساح بالأقسام الموجودة في جهاز القياس المتعدد. قم بتوصيل المشابك على طرفي المزدوج الحراري حيث سيتم طي أحد الطرفين في صمام الغاز. الآن ، قم بتشغيل جهاز القياس المتعدد ولاحظ خيارات القراءة. إذا كان جهاز القياس المتعدد يعرض أوم بترتيب صغير ، فإن المزدوج الحراري في حالة عمل مثالية. وإلا عندما تكون القراءة 40 أوم فأكثر فهي ليست بحالة جيدة.

فتح اختبار الدائرة

هنا ، المعدات المستخدمة هي مقاطع تمساح ، وولاعة ، ومقياس رقمي متعدد. هنا ، بدلاً من قياس المقاومة ، يتم حساب الجهد. الآن ، مع تسخين أخف ، يتم تسخين أحد طرفي المزدوج الحراري. عندما يعرض جهاز القياس المتعدد الجهد في نطاق 25-30 مللي فولت ، فإنه يعمل بشكل صحيح. وإلا ، عندما يكون الجهد قريبًا من 20mV ، فيجب استبدال الجهاز.

اختبار الدائرة المغلقة

هنا ، المعدات المستخدمة هي مقاطع التمساح ، ومحول مزدوج حراري ، ومقياس رقمي متعدد. هنا ، يتم وضع المحول داخل صمام الغاز ثم يتم وضع المزدوجة الحرارية على حافة واحدة من المحول. الآن ، قم بتشغيل جهاز القياس المتعدد. عندما تكون القراءة في نطاق 12-15 مللي فولت ، يكون الجهاز في حالة جيدة. أو عندما تنخفض قراءة الجهد إلى أقل من 12 مللي فولت ، فهذا يشير إلى وجود جهاز معيب.

لذلك ، باستخدام طرق الاختبار المذكورة أعلاه ، يمكن للمرء معرفة ما إذا كانت المزدوجة الحرارية تعمل بشكل صحيح أم لا.

ما هو الفرق بين الترموستات والمزدوجة الحرارية؟

الفروق بين منظم الحرارة والمزدوجة الحرارية هي:

إيجابيات - سلبيات

تشمل مزايا المزدوجات الحرارية ما يلي.

• الدقة عالية
• إنه قوي ويمكن استخدامه في بيئات مثل الاهتزازات القاسية والعالية.
• التفاعل الحراري سريع
• نطاق التشغيل لدرجة الحرارة واسع.
• نطاق واسع لدرجة حرارة التشغيل
• التكلفة منخفضة ومتسقة للغاية

تشمل عيوب المزدوجات الحرارية ما يلي.

• اللاخطية
• استقرار أقل
• جهد منخفض
• المرجع مطلوب
• أقل حساسية
• إعادة المعايرة الحرارية صعبة

التطبيقات

قليلا من ال تطبيقات المزدوجات الحرارية تشمل ما يلي.

• هذه تستخدم كأجهزة استشعار لدرجة الحرارة في الثرموستات في المكاتب والمنازل والمكاتب والشركات.
• تستخدم في الصناعات لمراقبة درجات حرارة المعادن في الحديد والألمنيوم والمعادن.
• تستخدم في صناعة المواد الغذائية للتطبيقات المبردة ودرجات الحرارة المنخفضة. تستخدم المزدوجات الحرارية كمضخة حرارية لأداء التبريد الكهروحراري.
• تستخدم هذه لاختبار درجة الحرارة في المصانع الكيماوية ومصانع البترول.
• تستخدم في آلات الغاز لاكتشاف اللهب الدليلي.

ما هو الفرق بين RTD والمزدوجة الحرارية؟

الشيء الآخر الذي يجب مراعاته في حالة المزدوجات الحرارية هو كيف يختلف عن جهاز RTD. لذا ، يوضح الجدول الاختلافات بين RTD والمزدوج الحراري.

ما هي مدة البقاء؟

ال عمر المزدوج الحرارية يعتمد على التطبيق عند استخدامه. لذلك ، لا يمكن توقع فترة حياة المزدوجة الحرارية على وجه التحديد. عندما تتم صيانة الجهاز بشكل صحيح ، سيكون للجهاز عمر طويل. في حين أنه بعد الاستخدام المستمر ، قد تتلف بسبب تأثير الشيخوخة.

وبسبب هذا أيضًا ، سيتم تخفيض أداء الإخراج وستكون الإشارات ذات كفاءة ضعيفة. سعر المزدوج الحرارية أيضًا ليس مرتفعًا. لذلك ، يُقترح تعديل المزدوجة الحرارية كل 2-3 سنوات. هذا هو الجواب على ما هو عمر المزدوج الحرارية ؟

وبالتالي ، كل هذا يتعلق بنظرة عامة على المزدوجة الحرارية. من المعلومات المذكورة أعلاه أخيرًا ، يمكننا أن نستنتج أن قياس خرج الحرارية يمكن حسابها باستخدام طرق مثل مقياس متعدد ، مقياس جهد ، ومضخم بواسطة أجهزة الإخراج. الغرض الرئيسي من المزدوجات الحرارية هو بناء قياسات درجة حرارة متسقة ومباشرة في العديد من التطبيقات المختلفة.