Messung von Oberflächentemperaturen mit Thermoelementen

Ist nicht vorhanden Thermoelement eines Typszur Messung der Oberflächentemperatur fester Körper (Oberflächenthermoelemente). Die Fülle vorhandener Oberflächenthermoelementkonstruktionen ist in erster Linie auf die Vielfalt der Messbedingungen und Eigenschaften der Oberflächen zurückzuführen, deren Temperaturen gemessen werden sollen.

In der industriellen Praxis ist es notwendig, die Temperaturen von Oberflächen mit unterschiedlichen geometrischen Formen, festen und rotierenden Körpern, elektrisch leitfähigen Körpern und Isolatoren, Körpern mit hoher und niedriger Wärmeleitfähigkeit, glatten und rauen zu messen. Daher sind Oberflächenthermoelemente, die für bestimmte Bedingungen geeignet sind, für andere ungeeignet.

Messung der Temperatur einer Metalloberfläche durch Schweißen eines Thermoelements

Um die Temperaturen erhitzter dünner Metallplatten oder fester Körper zu messen, wird häufig eine Thermoelementverbindung direkt auf die zu prüfende Oberfläche gelötet oder geschweißt.Diese Methode der Temperaturmessung kann nur dann als akzeptabel angesehen werden, wenn bestimmte Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden.

Der Wärmeaustausch zwischen der Oberfläche der Platte und der Verbindungskugel der Thermoelemente erfolgt hauptsächlich durch den Wärmestrom, der durch ihre Kontaktfläche fließt, die Teil der Oberfläche der Verbindungsstelle und der an die Verbindungsstelle angrenzenden Thermoelektroden ist. Bis zu einem gewissen Grad erfolgt der Wärmeaustausch durch Strahlung zwischen der Platte und dem Teil der Thermoelektroden-Verbindungsoberfläche, der nicht mit ihr in Kontakt steht.

Andererseits verliert der Teil der Verbindungsoberfläche, der mit der Platte und den Thermoelektroden des Thermoelements in Kontakt steht, Wärmeenergie aufgrund der Strahlung auf kältere Körper, die die Platte umgeben, und der konvektiven Wärmeübertragung auf die Luftströme, die die Verbindung umspülen.

Somit leiten die Verbindungsstelle und die angrenzenden Thermoelement-Thermoelektroden einen erheblichen Teil der Wärmeenergie ab, die der Verbindungsstelle kontinuierlich über die Plattenkontaktfläche zugeführt wird.

Aufgrund des Gleichgewichts ist die Temperatur der Verbindungsstelle und des angrenzenden Teils der Plattenoberfläche viel niedriger als die Temperatur der von der Verbindungsstelle entfernten Teile der Platte (bei der Messung hoher Temperaturen dünner Platten, dieser systematische Messfehler kann Hunderte von Grad erreichen).

Dieser Fehler wird verringert, indem die Menge des von den Verbindungselektroden und dem Thermoelement abgeleiteten Wärmestroms verringert wird. Zu diesem Zweck ist es sinnvoll, Thermoelemente zu verwenden, die aus möglichst dünnen Thermoelektroden bestehen.

Die Thermoelektroden selbst sollten nicht sofort von der Platte entfernt werden, es ist jedoch besser, sie zunächst in einem Abstand von mindestens 50 Durchmessern der Thermoelektroden in thermischen Kontakt mit der Platte zu bringen.

Es ist zu beachten, dass die Platte und die Oberfläche der Thermoelektroden, wenn sie nicht oxidiert sind, durch die Platte verschlossen werden können gemessene thermoelektrische Leistung. usw. V. Thermoelement entspricht nicht der Temperatur der Thermoelementverbindung, sondern der Temperatur des Kontaktpunkts des Thermoelements mit der Oberfläche.

In diesem Fall sollte zwischen den Thermoelektroden und der Platte eine dünne Schicht elektrischer Isolierung, beispielsweise eine dünne Glimmerplatte, angebracht werden. Es wird außerdem empfohlen, die gesamte Oberfläche der Verbindungsstelle und des Thermoelektrodenbereichs mit einer Wärmedämmschicht, beispielsweise einer feuerfesten Beschichtung, abzudecken, um Verluste durch Strahlung und konvektive Wärmeübertragung zu reduzieren.

Durch die Einhaltung dieser Vorsichtsmaßnahmen kann sichergestellt werden, dass die Oberflächentemperatur von Metallteilen innerhalb weniger Grad gemessen wird.

Manchmal ist nicht der Anschluss des Thermoelements mit der Oberfläche der Metallplatte verschweißt, sondern seine Thermoelemente in einiger Entfernung voneinander.

Diese Methode zur Messung der Temperatur einer Metalloberfläche kann nur dann als akzeptabel angesehen werden, wenn Vertrauen in die Gleichheit der Temperaturen der Platten an den beiden Schweißpunkten der Thermoelektroden besteht. Andernfalls kommt es im Thermoelementkreis zu parasitärer thermoelektrischer Leistung. D. Es wurde aus den Thermoelektrodenmaterialien mit dem Plattenmaterial entwickelt.

Nachfolgend finden Sie eine Beschreibung von Thermoelementen wie Bügel-, Patch- und Bajonett-Thermoelementen.Sie dienen zur Messung der Temperaturen der Oberflächen stationärer Körper.

Thermoelement mit Schleife (Band)

Das Nasenthermoelement ist mit einem empfindlichen Element in Form eines Streifens aus zwei Metallen oder Legierungen (z. B. Chromel und Alumel) mit einer Länge von 300 mm und einer Breite von 10 bis 15 mm ausgestattet, der eingelötet oder eingeschweißt ist Stirn und auf eine Dicke von 0,1 – 0,2 mm gerollt...

Die Enden des Bandes mit einem Gelenk in der Mitte werden auf Isolatoren an den Enden eines bügelförmigen Federgriffs befestigt, so dass das Band jederzeit gespannt ist. Von seinen Enden bis zu den Anschlüssen des Messgeräts (Millivoltmeter) verlaufen Drähte aus den gleichen Materialien wie die beiden Bandhälften.

Um die Temperatur einer konvexen Oberfläche zu messen, wird das Balkenthermoelement vom mittleren Teil aus gegen diese Oberfläche gedrückt, sodass die Oberfläche mindestens 30 mm lang auf beiden Seiten der Verbindungsstelle mit Klebeband bedeckt ist.

Schweine-Thermoelement

Die Thermoelektroden, die ein Thermoelement bilden, werden in die Durchgangslöcher der Rotkupferscheibe eingelötet. Um die mechanische Festigkeit der Struktur sicherzustellen, werden Thermoelektroden mit einem Durchmesser von 2 bis 3 mm verwendet. Die Unterseite der Scheibe (das „Patch“) ist in die Oberfläche eingeformt, an der das Thermoelement die Temperatur messen soll.

Die thermoelektromotorische Kraft des Patch-Thermoelements entsteht durch den Verschluss der Thermoelektroden durch das Metall des Patches. Bei guter Lötung erfolgt dieser Verschluss über die gesamte Oberfläche der im Patch versenkten Thermoelektrodensegmente.Der Stromkreis mit dem niedrigsten Widerstand wird jedoch hauptsächlich von der oberen Oberflächenschicht des Pflasters gebildet, und die Temperatur dieser Schicht bestimmt hauptsächlich die thermoelektrische Leistung. usw. V. Thermoelemente.

Die Wärmebilanzgleichungen des Patch-Thermoelements ähneln denen, die oben für das Streifen-Thermoelement durchgeführt wurden, mit dem Unterschied, dass zusätzlich zum Wärmefluss, der durch konvektive und Strahlungswärmeübertragung von der Außenfläche des Patches abgeführt wird, ein großer Unterschied besteht Wichtig ist, den Teil des Verlustwärmestroms zu berücksichtigen, der von den Thermoelektroden-Patches aufgrund ihrer Wärmeleitfähigkeit aufgenommen wird.

Es ist notwendig, den folgenden Umstand zu berücksichtigen. Thermoelektroden bestehen aus verschiedenen Metallen oder Legierungen mit unterschiedlichen Werten des Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten. So zeichnet sich beispielsweise das Platin-Rhodium-Thermoelement vom Typ PP durch einen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten aus, der halb so hoch ist wie der des zweiten Thermoelements – Platin.

Wenn die Durchmesser der Thermoelektroden gleich sind, führt der Unterschied in den Werten der Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten der Thermoelektroden dazu, dass an den Stellen des elektrischen Kontakts der Thermoelektroden mit den Thermoelektroden ein Temperaturunterschied entsteht Patch, der zum Auftreten parasitärer thermoelektrischer Energie im Thermoelementschaltkreis führt. usw. mit

Pin-Thermoelement

Thermoelemente dieser Art werden vor allem zur Messung der Oberflächentemperatur relativ weicher Metalle und Legierungen eingesetzt. Für ein Bajonett-Thermoelement werden Thermoelektroden aus ausreichend harten Legierungen, beispielsweise Chromel und Alumel, mit einem Durchmesser von 3-5 mm verwendet.

Eine der Thermoelement-Thermoelektroden ist fest am Kopf befestigt, die zweite kann sich um ihre Achse bewegen und im Ruhezustand wird ihr Ende von einer Feder unter das Ende der ersten Thermoelektrode gezogen. Die Enden der beiden Thermoelektroden sind spitz.

Wenn ein Thermoelement an ein Objekt von beträchtlicher Größe herangeführt wird, berührt die Oberfläche des Objekts zunächst die Spitze der beweglichen Thermoelektrode. Durch zusätzlichen Druck auf den Kopf dringt die Thermoelektrode in den Kopf ein, bis die Spitze der Thermoelektrode auf die Oberfläche des Objekts trifft. Beide Punkte durchstoßen dann den oberflächlichen Oxidfilm auf der Oberfläche des Objekts und dieses Metall schließt den Stromkreis des Thermoelements.

Bei guter Schärfung der Enden der Thermoelektroden liefert das Thermoelement zuverlässige Ergebnisse zur Messung der Temperaturen der Oberflächen von Nichteisenmetallen mit einem weichen, leicht durchdringbaren Oxidfilm.

Die Verwendung eines Bajonett-Thermoelements mit stumpfen Spitzen führt dazu, dass die Kontaktflächen der beiden Thermoelektroden mit dem Gegenstand relativ groß werden, wodurch sich die Oberflächen der Gegenstände an den Stellen abkühlen, an denen sich die Enden der Thermoelemente berühren und Das Thermoelement liefert deutlich unterschätzte Temperaturwerte. Allerdings erwärmt die aus der Umgebung des Objekts kommende Wärme bereits nach 20 bis 30 Sekunden den gekühlten Abschnitt und damit die Enden der Thermoelektroden.

So liefert ein Bajonett-Thermoelement mit stumpfen Enden im Moment des Kontakts unterschätzte Messwerte der Temperatur des Objekts, woraufhin seine Messwerte innerhalb weniger zehn Sekunden ansteigen und sich asymptotisch einem stabilen Wert nähern.Dieser stabile Wert weicht umso mehr vom tatsächlichen Wert der Oberflächentemperatur des Objekts ab, je größer die Kontaktfläche der stumpfen Enden der Thermoelektroden mit dem Objekt ist.

Kalibrierung von Oberflächenthermoelementen

Die stationäre Temperatur des Oberflächenthermoelements ist niedriger als die gemessene Temperatur der Oberfläche, mit der das Thermoelement in Kontakt steht. Dieser Temperaturunterschied kann größtenteils durch die Kalibrierung des Oberflächenthermoelements unter Wärmeübertragungsbedingungen von seiner Außenfläche bis hin zu Betriebsbedingungen erklärt werden.

Aus dieser Position folgt, dass sich die Kalibrierungscharakteristik von Thermoelementoberflächen erheblich von der Charakteristik eines Thermoelements unterscheiden kann, das aus denselben Thermoelektroden besteht, jedoch durch die Methode des Vergleichs mit einem Beispiel kalibriert wird, wenn sie gleichzeitig in einen thermostatisierten Raum eingetaucht werden.

Daher können Oberflächenthermoelemente nicht durch Eintauchen in Thermostate (Flüssigkeits-Laborheizthermostate zur Kalibrierung von Thermoelementen) kalibriert werden. Auf sie muss eine andere Kalibrierungstechnik angewendet werden.

Oberflächenthermoelemente werden kalibriert, indem der erforderliche Druck auf die äußere Metalloberfläche des dünnwandigen Flüssigkeitsthermostats ausgeübt wird. Die erhitzte Flüssigkeit im Thermostat wird gut gemischt und ihre Temperatur wird mit einem Probengerät gemessen.

Die Außenfläche des Thermostats ist mit einer Wärmedämmschicht bedeckt. Die Wärmedämmung bedeckt nicht nur einen kleinen Bereich der Außenfläche, der etwa halb so hoch ist wie der Thermostat, auf dem das Thermoelement angebracht ist.

Bei dieser Konstruktion kann die Temperatur der Metalloberfläche des Thermostats unterhalb des Oberflächenthermoelements mit einem Fehler von nicht mehr als einigen Zehntel Grad als gleich der Temperatur der Flüssigkeit im Thermostat angesehen werden.