Misura delle temperature superficiali con termocoppie

Non esiste termocoppia di un tipoprogettato per misurare la temperatura superficiale di corpi solidi (termocoppie di superficie). L'abbondanza di progetti di termocoppie di superficie esistenti è principalmente dovuta alla varietà delle condizioni di misurazione e delle proprietà delle superfici le cui temperature devono essere misurate.

Nella pratica industriale è necessario misurare le temperature di superfici con forme geometriche diverse, corpi fissi e rotanti, corpi elettricamente conduttivi e isolanti, corpi ad alta e bassa conducibilità termica, lisci e ruvidi. Pertanto, le termocoppie di superficie adatte per l'uso in alcune condizioni non sono adatte in altre.

Misurazione della temperatura di una superficie metallica mediante saldatura di una termocoppia

Molto spesso, per misurare le temperature di lastre metalliche sottili o corpi solidi riscaldati, una giunzione di termocoppia viene direttamente saldata o saldata alla superficie in prova.Questo metodo di misurazione della temperatura può essere considerato accettabile solo se vengono prese determinate precauzioni.

Lo scambio termico tra la superficie della piastra e la sfera di collegamento delle termocoppie è effettuato principalmente dal flusso di calore che passa attraverso la loro superficie di contatto, che è parte della superficie della giunzione e dei termoelettrodi adiacenti alla giunzione. In una certa misura, lo scambio termico avviene per irraggiamento tra la piastra e la porzione della superficie di giunzione termoelettrodica che non è a contatto con essa.

D'altra parte, la parte della superficie di giunzione a contatto con la piastra ei termoelettrodi della termocoppia perdono energia termica a causa dell'irraggiamento verso i corpi più freddi che circondano la piastra e del trasferimento di calore convettivo ai flussi d'aria che lavano la giunzione.

Pertanto, la giunzione e i termoelettrodi della termocoppia adiacenti dissipano una parte significativa dell'energia termica che viene continuamente fornita alla giunzione attraverso la superficie di contatto della piastra.

Come risultato dell'equilibrio, la temperatura della giunzione e della parte adiacente della superficie della piastra risulta essere molto inferiore alla temperatura delle parti della piastra lontane dalla giunzione (quando si misurano alte temperature di lastre sottili, questo errore di misura sistematico può raggiungere centinaia di gradi).

Questo errore viene ridotto riducendo la quantità di flusso di calore dissipato dagli elettrodi di giunzione e dalla termocoppia, a tale scopo è utile utilizzare termocoppie realizzate con i termoelettrodi più sottili possibili.

I termoelettrodi stessi non devono essere rimossi immediatamente dalla piastra, ma è opportuno metterli prima a contatto termico con la piastra ad una distanza pari ad almeno 50 diametri dei termoelettrodi.

Si tenga presente che se la piastra e la superficie dei termoelettrodi non sono ossidate, possono essere chiuse dalla piastra e potenza termoelettrica misurata. eccetera. v. termocoppia corrisponderà alla temperatura non della giunzione della termocoppia ma alla temperatura del punto di contatto della termocoppia con la superficie.

In questo caso, tra i termoelettrodi e la piastra va interposto un sottile strato di isolamento elettrico, ad esempio un sottile foglio di mica. Si consiglia inoltre di ricoprire l'intera superficie della giunzione e la zona del termoelettrodo con uno strato di isolamento termico, ad esempio un rivestimento refrattario, per ridurre le perdite per irraggiamento e per convezione.

Osservando queste precauzioni, è possibile garantire che la temperatura superficiale delle parti metalliche sia misurata entro pochi gradi.

A volte non è la connessione della termocoppia che viene saldata alla superficie della piastra metallica, ma le sue termocoppie a una certa distanza l'una dall'altra.

Questo metodo di misurazione della temperatura di una superficie metallica può essere considerato accettabile solo se vi è fiducia nell'uguaglianza delle temperature delle piastre nei due punti di saldatura dei termoelettrodi. In caso contrario, l'energia termoelettrica parassita apparirà nel circuito della termocoppia. D. s sviluppato dai materiali del termoelettrodo con il materiale della piastra.

Di seguito è riportata una descrizione di termocoppie come arco, patch e baionetta.Sono usati per misurare le temperature delle superfici dei corpi stazionari.

Termocoppia con fiocco (nastro)

La termocoppia del naso è dotata di un elemento sensibile realizzato sotto forma di una striscia composta da due metalli o leghe (ad esempio, chromel e alumel) con una lunghezza di 300 mm, una larghezza di 10 - 15 mm, saldata o saldata nel fronte e arrotolato ad uno spessore di 0,1 - 0,2 mm...

Le estremità della fascia con un giunto al centro sono fissate su isolatori alle estremità di una maniglia a molla a forma di arco in modo che la fascia sia sempre tesa. Dalle sue estremità ai terminali del misuratore (millivoltmetro) ci sono fili realizzati con gli stessi materiali delle due metà del nastro.

Per misurare la temperatura di una superficie convessa, la termocoppia a fascio viene premuta contro tale superficie dalla parte centrale in modo che la superficie sia ricoperta di nastro, almeno per sezioni di 30 mm su entrambi i lati della giunzione.

Termocoppia maiale

I termoelettrodi che formano una termocoppia sono saldati nei fori passanti del disco di rame rosso. Per garantire la resistenza meccanica della struttura, vengono utilizzati termoelettrodi con un diametro di 2 - 3 mm. La superficie inferiore del disco (la "toppa") è stampata nella superficie per la quale la termocoppia è destinata a misurare la temperatura.

La forza termoelettromotrice della termocoppia del cerotto si forma a seguito della chiusura dei termoelettrodi da parte del metallo del cerotto. In una buona saldatura, questa chiusura avviene su tutta la superficie dei segmenti di termoelettrodo incassati all'interno del cerotto.Ma il circuito elettrico con la resistenza più bassa è formato principalmente dallo strato superficiale superiore del cerotto, e la temperatura di questo strato determina principalmente la potenza termoelettrica. eccetera. v. termocoppie.

Le equazioni di bilancio termico della termocoppia patch sono simili a quanto fatto sopra per la termocoppia strip, con la differenza che oltre al flusso termico dissipato per effetto del trasferimento termico convettivo e radiativo dalla superficie esterna del patch, di grande importante è tenere conto della parte del flusso di calore dissipato risucchiata dai cerotti del termoelettrodo a causa della loro conducibilità termica.

È necessario prendere in considerazione la seguente circostanza. I termoelettrodi sono realizzati con diversi metalli o leghe con diversi valori del coefficiente di conducibilità termica. Così, ad esempio, la termocoppia termocoppia platino-rodio del tipo PP è caratterizzata da un coefficiente di conducibilità termica pari alla metà di quello della seconda termocoppia - platino.

Se i diametri dei termoelettrodi sono gli stessi, la differenza nei valori dei coefficienti di conducibilità termica dei termoelettrodi porterà al fatto che si forma una differenza di temperatura nei punti di contatto elettrico dei termoelettrodi con il patch, che porterà alla comparsa di energia termoelettrica parassita nel circuito della termocoppia . eccetera. con

Pin termocoppia

Le termocoppie di questo tipo vengono utilizzate principalmente per misurare le temperature superficiali di metalli e leghe relativamente teneri. Per una termocoppia a baionetta vengono utilizzati termoelettrodi realizzati con leghe sufficientemente dure, ad esempio chromel e alumel con un diametro di 3-5 mm.

Uno dei termoelettrodi della termocoppia è fissato saldamente sulla testa e il secondo può muoversi sul proprio asse e, nello stato non funzionante, la sua estremità è tirata da una molla sotto l'estremità del primo termoelettrodo. Le estremità dei due termoelettrodi sono appuntite.

Quando una termocoppia viene portata su un oggetto di notevoli dimensioni, la superficie dell'oggetto tocca prima la punta del termoelettrodo mobile. Con un'ulteriore pressione sulla testa, il termoelettrodo vi entra finché la punta del termoelettrodo non incontra la superficie dell'oggetto. Entrambi i punti perforano quindi la pellicola di ossido superficiale sulla superficie dell'oggetto e questo metallo chiude il circuito elettrico della termocoppia.

Con una buona affilatura delle estremità dei termoelettrodi, la termocoppia fornisce risultati affidabili per misurare le temperature delle superfici di metalli non ferrosi con un film di ossido morbido e facilmente perforabile.

L'uso di una termocoppia a baionetta con punte smussate porta al fatto che le superfici di contatto dei due termoelettrodi con l'oggetto diventano relativamente grandi, per cui le superfici degli oggetti si raffreddano nei punti in cui le estremità delle termocoppie si toccano e la termocoppia fornisce letture di temperatura chiaramente sottostimate. Tuttavia, già dopo 20-30 secondi, il calore proveniente dalle aree circostanti dell'oggetto riscalda la sezione raffreddata e con essa le estremità dei termoelettrodi.

Pertanto, una termocoppia a baionetta con estremità smussate al momento del contatto fornisce letture sottostimate della temperatura dell'oggetto, dopodiché, entro poche decine di secondi, le sue letture aumentano, avvicinandosi asintoticamente a un valore stabile.Questo valore stabile si discosta maggiormente dal valore effettivo della temperatura superficiale dell'oggetto, quanto maggiore è la superficie di contatto delle estremità smussate dei termoelettrodi con l'oggetto.

Taratura di termocoppie di superficie

La temperatura stazionaria della termocoppia superficiale è inferiore alla temperatura misurata della superficie con cui la termocoppia è a contatto. Questa differenza di temperatura può essere ampiamente spiegata a causa della calibrazione della termocoppia di superficie in condizioni di trasferimento di calore dalla sua superficie esterna, avvicinandosi alle condizioni operative.

Da questa posizione ne consegue che la caratteristica di calibrazione delle superfici delle termocoppie può differire significativamente dalla caratteristica di una termocoppia formata dagli stessi termoelettrodi, ma calibrati con il metodo del confronto con un esempio, quando sono immersi contemporaneamente in uno spazio termostatato.

Pertanto, le termocoppie di superficie non possono essere calibrate mediante immersione in termostati (termostati di riscaldamento da laboratorio a liquido per la calibrazione di termocoppie). Ad essi deve essere applicata una tecnica di calibrazione diversa.

Le termocoppie di superficie vengono calibrate applicando la pressione richiesta alla superficie metallica esterna del termostato a liquido a parete sottile. Il liquido riscaldato all'interno del termostato viene miscelato bene e la sua temperatura viene misurata con un dispositivo di campionamento.

La superficie esterna del termostato è ricoperta da uno strato di isolamento termico. L'isolamento termico non copre solo una piccola area della superficie esterna, che è circa la metà dell'altezza del termostato, su cui è applicata la termocoppia.

In questo progetto la temperatura della superficie metallica del termostato al di sotto della termocoppia superficiale, con un errore non superiore a pochi decimi di grado, può essere considerata uguale alla temperatura del liquido nel termostato.