Pengukuran suhu permukaan dengan termokopel

Tidak ada termokopel dari satu jenisdirancang untuk mengukur suhu permukaan benda padat (termokopel permukaan). Kelimpahan desain termokopel permukaan yang ada terutama disebabkan oleh variasi kondisi pengukuran dan sifat permukaan yang suhunya akan diukur.

Dalam praktik industri, perlu untuk mengukur suhu permukaan dengan berbagai bentuk geometris, benda tetap dan berputar, benda dan isolator konduktif listrik, benda dengan konduktivitas termal tinggi dan rendah, halus dan kasar. Oleh karena itu, termokopel permukaan yang cocok untuk digunakan dalam beberapa kondisi tidak cocok untuk kondisi lainnya.

Mengukur suhu permukaan logam dengan mengelas termokopel

Cukup sering, untuk mengukur suhu pelat logam tipis yang dipanaskan atau benda padat, sambungan termokopel langsung disolder atau dilas ke permukaan yang diuji.Metode pengukuran suhu ini hanya dapat dianggap dapat diterima jika tindakan pencegahan tertentu dilakukan.

Pertukaran panas antara permukaan pelat dan bola penghubung termokopel terutama dilakukan oleh aliran panas yang melewati permukaan kontaknya, yang merupakan bagian dari permukaan sambungan dan termoelektroda yang berdekatan dengan sambungan. Sampai batas tertentu, pertukaran panas terjadi melalui radiasi antara pelat dan bagian permukaan sambungan termoelektroda yang tidak bersentuhan dengannya.

Di sisi lain, bagian permukaan persimpangan yang bersentuhan dengan pelat dan termokopel termoelektroda kehilangan energi panas karena radiasi ke benda yang lebih dingin di sekitar pelat dan perpindahan panas konvektif ke aliran udara yang mencuci persimpangan.

Dengan demikian, persimpangan dan termokopel termoelektroda yang berdekatan menghilangkan sebagian besar energi panas yang terus disuplai ke persimpangan melalui permukaan kontak pelat.

Sebagai hasil dari kesetimbangan, suhu sambungan dan bagian permukaan pelat yang berdekatan ternyata jauh lebih rendah daripada suhu bagian pelat yang jauh dari sambungan (saat mengukur suhu tinggi pelat tipis, kesalahan pengukuran sistematis ini bisa mencapai ratusan derajat).

Kesalahan ini dikurangi dengan mengurangi jumlah fluks panas yang dihamburkan oleh elektroda sambungan dan termokopel.Untuk tujuan ini, berguna untuk menggunakan termokopel yang terbuat dari termoelektroda setipis mungkin.

Termoelektroda itu sendiri tidak boleh segera dilepas dari pelat, tetapi lebih baik menempatkannya terlebih dahulu dalam kontak termal dengan pelat pada jarak yang sama dengan setidaknya 50 diameter termoelektroda.

Harus diingat bahwa jika pelat dan permukaan termoelektroda tidak teroksidasi, mereka dapat ditutup oleh pelat dan mengukur daya termoelektrik. dll. v. termokopel akan sesuai dengan suhu bukan dari sambungan termokopel tetapi dengan suhu titik kontak termokopel dengan permukaan.

Dalam hal ini, lapisan tipis insulasi listrik, misalnya lembaran tipis mika, harus ditempatkan di antara termoelektroda dan pelat. Juga direkomendasikan untuk menutupi seluruh permukaan persimpangan dan area termoelektroda dengan lapisan isolasi termal, misalnya lapisan tahan api, untuk mengurangi kerugian akibat radiasi dan perpindahan panas konvektif.

Dengan mengamati tindakan pencegahan ini, dimungkinkan untuk memastikan bahwa suhu permukaan bagian logam diukur dalam beberapa derajat.

Kadang-kadang bukan sambungan termokopel yang dilas ke permukaan pelat logam, tetapi termokopelnya agak jauh satu sama lain.

Metode pengukuran suhu permukaan logam ini dapat dianggap dapat diterima hanya jika ada kepercayaan pada persamaan suhu pelat di dua titik pengelasan termoelektroda. Jika tidak, daya termoelektrik parasit akan muncul di sirkuit termokopel. D. s dikembangkan dari bahan termoelektroda dengan bahan pelat.

Di bawah ini adalah deskripsi dari termokopel seperti bow, patch, dan bayonet.Mereka digunakan untuk mengukur suhu permukaan benda diam.

Termokopel dengan busur (pita)

Termokopel hidung dilengkapi dengan elemen sensitif yang dibuat dalam bentuk strip yang terbuat dari dua logam atau paduan (misalnya, chromel dan alumel) dengan panjang 300 mm, lebar 10-15 mm, disolder atau dilas di dahi dan digulung hingga ketebalan 0,1 — 0,2mm...

Ujung pita dengan sambungan di tengah dipasang pada isolator di ujung pegangan pegas berbentuk busur sehingga pita selalu kencang. Dari ujungnya ke terminal alat pengukur (milivoltmeter) terdapat kabel yang terbuat dari bahan yang sama dengan kedua bagian pita.

Untuk mengukur suhu permukaan cembung, termokopel balok ditekan terhadap permukaan tersebut dari bagian tengah sehingga permukaan tersebut ditutup dengan selotip, setidaknya untuk bagian 30 mm di kedua sisi sambungan.

termokopel babi

Termoelektroda yang membentuk termokopel disolder ke lubang tembus cakram tembaga merah. Untuk memastikan kekuatan mekanik struktur, termoelektroda dengan diameter 2 — 3 mm digunakan. Permukaan bawah piringan ("tambalan") dicetak ke permukaan yang dimaksudkan termokopel untuk mengukur suhu.

Gaya termoelektromotif dari termokopel tambalan terbentuk sebagai akibat dari penutupan termoelektroda oleh logam tambalan. Dalam penyolderan yang baik, penutupan ini terjadi di seluruh permukaan segmen termoelektroda yang tersembunyi di dalam tambalan.Tetapi rangkaian listrik dengan resistansi terendah terutama dibentuk oleh lapisan permukaan atas tambalan, dan suhu lapisan ini terutama menentukan daya termoelektrik. dll. v. termokopel.

Persamaan keseimbangan panas dari termokopel tambalan mirip dengan apa yang dilakukan di atas untuk termokopel strip, dengan perbedaan bahwa selain fluks panas yang hilang akibat perpindahan panas konvektif dan radiasi dari permukaan luar tambalan, besar yang penting adalah memperhitungkan bagian dari fluks panas yang hilang yang disedot oleh tambalan termoelektroda karena konduktivitas termalnya.

Penting untuk mempertimbangkan keadaan berikut. Termoelektroda terbuat dari logam atau paduan yang berbeda dengan nilai koefisien konduktivitas termal yang berbeda. Jadi, misalnya, termokopel termokopel platinum-rhodium dari jenis PP dicirikan oleh koefisien konduktivitas termal yang setengah dari termokopel kedua - platinum.

Jika diameter termoelektroda sama, maka perbedaan nilai koefisien konduktivitas termal termoelektroda akan mengarah pada fakta bahwa perbedaan suhu terbentuk di tempat kontak listrik termoelektroda dengan tambalan, yang akan menyebabkan munculnya energi termoelektrik parasit di sirkuit termokopel . dll. dengan

Sematkan termokopel

Termokopel jenis ini terutama digunakan untuk mengukur suhu permukaan logam dan paduan yang relatif lunak. Untuk termokopel bayonet, digunakan termoelektroda yang terbuat dari paduan yang cukup keras, misalnya kromel dan alumel dengan diameter 3-5 mm.

Salah satu termokopel termoelektroda dipasang secara tetap di kepala, dan yang kedua dapat bergerak pada porosnya, dan dalam keadaan tidak berfungsi, ujungnya ditarik oleh pegas di bawah ujung termoelektroda pertama. Ujung kedua termoelektroda menunjuk.

Ketika termokopel dibawa ke objek berukuran besar, permukaan objek pertama kali menyentuh ujung termoelektroda yang dapat digerakkan. Dengan tekanan tambahan pada kepala, termoelektroda memasukinya hingga ujung termoelektroda bertemu dengan permukaan benda. Kedua titik tersebut kemudian menembus film oksida permukaan pada permukaan benda dan logam ini menutup rangkaian listrik termokopel.

Dengan penajaman ujung termoelektroda yang baik, termokopel memberikan hasil yang andal untuk mengukur suhu permukaan logam non-besi dengan film oksida yang lembut dan mudah ditusuk.

Penggunaan termokopel bayonet dengan ujung tumpul mengarah pada fakta bahwa permukaan kontak kedua termokopel dengan objek menjadi relatif besar, akibatnya permukaan objek menjadi dingin di tempat ujung termokopel bersentuhan dan termokopel memberikan pembacaan suhu yang diremehkan dengan jelas. Namun, setelah 20-30 detik, panas yang datang dari area sekitar objek memanaskan bagian yang didinginkan, dan dengan itu ujung termoelektroda.

Jadi, termokopel bayonet dengan ujung tumpul pada saat kontak memberikan pembacaan suhu objek yang diremehkan, setelah itu, dalam beberapa puluh detik, pembacaannya meningkat, secara asimtotik mendekati nilai stabil.Nilai stabil ini lebih berbeda dari nilai sebenarnya suhu permukaan benda, semakin besar permukaan kontak ujung tumpul termoelektroda dengan benda.

Kalibrasi termokopel permukaan

Suhu stasioner termokopel permukaan lebih rendah dari suhu terukur permukaan yang bersentuhan dengan termokopel. Perbedaan suhu ini sebagian besar dapat dipertanggungjawabkan karena kalibrasi termokopel permukaan dalam kondisi perpindahan panas dari permukaan luarnya, mendekati kondisi operasi.

Dari posisi ini, dapat disimpulkan bahwa karakteristik kalibrasi permukaan termokopel dapat berbeda secara signifikan dari karakteristik termokopel yang dibentuk oleh termokopel yang sama, tetapi dikalibrasi dengan metode perbandingan dengan contoh, ketika secara bersamaan direndam dalam ruang termostat.

Oleh karena itu, termokopel permukaan tidak dapat dikalibrasi dengan cara direndam dalam termostat (termostat pemanas laboratorium cair untuk mengkalibrasi termokopel). Teknik kalibrasi yang berbeda harus diterapkan pada mereka.

Termokopel permukaan dikalibrasi dengan menerapkan tekanan yang diperlukan ke permukaan logam luar termostat cair berdinding tipis. Cairan yang dipanaskan di dalam termostat dicampur dengan baik dan suhunya diukur dengan beberapa alat sampel.

Permukaan luar termostat ditutupi dengan lapisan isolasi termal. Insulasi termal tidak hanya mencakup area kecil dari permukaan luar, yang kira-kira setengah dari ketinggian termostat, tempat termokopel diterapkan.

Dalam desain ini, suhu permukaan logam termostat di bawah termokopel permukaan, dengan kesalahan tidak melebihi sepersepuluh derajat, dapat dianggap sama dengan suhu cairan di termostat.