kategoriler: Öne Çıkan Makaleler » Ev otomasyonu
Görüntülenme sayısı: 116550
Makaleye yorum: 2
Sıcaklık sensörleri. Üçüncü bölüm. Termobuharlar. Seebeck etkisi
Termokupl. Yaratılışın kısa bir tarihi, cihazı, çalışma prensibi
Dışarıdan, termokupl çok basit bir şekilde düzenlenmiştir: iki ince tel, düzgün bir şekilde küçük bir top şeklinde birbirine kaynaklanır. bazı modern dijital multimetreler Çin yapımı, ısıtma sıcaklığını kontrol etmeyi mümkün kılan, 1000 ° C'den az olmayan sıcaklığı ölçmenizi sağlayan bir termokupl ile donatılmıştır havya veya lazer çıktısını fiberglas ve diğer birçok durumda düzleştirecek olan demir.
Böyle bir termokuplun tasarımı çok basittir: her iki kablolama bir fiberglas tüpte gizlidir ve hatta gözle fark edilebilen bir izolasyona sahip değildir. Bir yandan, teller düzgün bir şekilde kaynaklanır ve diğer yandan cihaza bağlamak için bir fişi vardır. Böyle ilkel bir tasarımda bile, elbette, 0,5 ° C ve daha yüksek sınıfların ölçüm doğruluğu gerekli olmadığı sürece sıcaklık ölçümlerinin sonuçları şüphesiz değildir.
Az önce bahsedilen Çin termokupllarının aksine, endüstriyel tesislerde kullanım için termokupllar daha karmaşık bir yapıya sahiptir: termokuplun ölçüm bölümü metal bir kasaya yerleştirilmiştir. Kasanın içinde, termokupl, genellikle seramik olan, yüksek sıcaklık için tasarlanmış izolatörlerde bulunur.
genellikle termokupl en yaygın ve en eski sıcaklık sensörüdür. Eylemine dayanmaktadır Seebeck etkisi1822'de açıldı. Bu etki ile tanışmak için, Şekil 1'de gösterilen basit şemayı zihinsel olarak birleştireceğiz.
Resim 1
Şekilde, uçları A ve B noktalarında basitçe birbirine kaynaklanmış olan iki farklı metal iletken M1 ve M2 gösterilmektedir, ancak bu noktalara her yerde ve her yerde bağlantı adı verilmektedir. Bu arada, çok yüksek sıcaklıklarda çalışmak için tasarlanmış ev yapımı termokupllar için birçok ev yapımı el işi, kaynak yerine sadece lehimleme kullanır.
Şekil 1'e geri dönelim. Tüm bu yapılar basitçe masanın üzerinde uzanırsa, bundan hiçbir etkisi olmayacaktır. Bağlantı noktalarından biri, en azından bir eşleşme ile bir şeyle ısıtılırsa, kapalı bir devrede M1 ve M2 iletkenlerinden bir elektrik akımı akacaktır. Çok zayıf olmasına izin verin, ama yine de olacak.
Bundan emin olmak için, bu elektrik devresinde ve herhangi bir telde bir tel kırmak ve sonuçtaki boşluğa, tercihen Şekil 2 ve 3'te gösterildiği gibi bir orta nokta ile bir milivoltmetre dahil etmek yeterlidir.
Resim 2
Şekil 3.
Şimdi kavşaklardan biri, örneğin A kavşağı ısıtılırsa, cihazın oku sol tarafa doğru sapacaktır. Bu durumda, bağlantı sıcaklığı A, TA = TB + ΔT'ye eşit olacaktır. Bu formülde, ΔT = TA - TB, A ve B kavşakları arasındaki sıcaklık farkıdır.
Şekil 3, B bağlantısı ısıtıldığında ne olacağını gösterir.Cihazın oku diğer tarafa sapar ve her iki durumda da, bağlantılar arasındaki sıcaklık farkı ne kadar büyük olursa, cihazın ok açısı da o kadar büyük olur.
Açıklanan deneyim sadece Seebeck etkisini göstermektedir; A ve B iletkenlerinin kavşakları farklı sıcaklıklara sahipse, aralarında bir termoelektrik güç ortaya çıkar ve değeri, kavşakların sıcaklık farkıyla orantılıdır.. Unutmayın ki sıcaklık farkıdır ve hiç sıcaklık değildir!
Her iki kavşak da aynı sıcaklığa sahipse, devrede termopower olmayacaktır. Bu durumda, iletkenler oda sıcaklığında olabilir, birkaç yüz dereceye kadar ısıtılabilir veya negatif bir sıcaklıktan etkilenir - yine de, termoelektrik güç elde edilmeyecektir.
Bir termokupl ne ölçer?
Örneğin, A bağlantı noktalarından birinin (genellikle sıcak olarak adlandırılır) kaynar su içeren bir kaba yerleştirildiğini ve diğer B bağlantı noktasının (soğuk) oda sıcaklığında, örneğin 25 ° C'de kaldığını varsayalım. Fizik ders kitaplarında normal koşullar olarak kabul edilen 25 ° C'dir.
Suyun normal koşullar altında kaynama noktası 100 ° C'dir, bu nedenle termokupl tarafından üretilen termopower, bu koşullar altında sadece 100 -25 = 75 ° C olan bağlantıların sıcaklık farkı ile orantılı olacaktır. Ortam sıcaklığı değişirse, ölçüm sonuçları kaynar su sıcaklığından daha çok yakacak odun fiyatına benzeyecektir. Doğru sonuçları nasıl alabilirim?
Sonuç kendini göstermektedir: soğuk kavşağı 0 ° C'ye soğutmanız, böylece Celsius sıcaklık ölçeğinin alt referans noktasını ayarlamanız gerekir. Bunu yapmanın en kolay yolu, termokuplun soğuk bir birleşimini eriyen buzlu bir kaba yerleştirmektir, çünkü 0 ° C olarak alınan bu sıcaklıktır. Sonra önceki örnekte her şey doğru olacak: sıcak ve soğuk kavşaklar arasındaki sıcaklık farkı 100-0 = 100 ° C olacaktır.
Tabii ki, çözüm basit ve doğrudur, ancak bir yerde eriyen buzlu bir gemi aramak ve uzun süre bu formda tutmak teknik olarak imkansızdır. Bu nedenle, buz yerine, soğuk kavşak sıcaklığını dengelemek için çeşitli şemalar kullanılır.
Kural olarak, yarı iletken sensör soğuk bağlantı alanındaki sıcaklığı ölçerve elektronik devre zaten bu sonucu toplam sıcaklık değerine ekler. Şu anda üretilen entegre soğuk bağlantı sıcaklık kompanzasyon devresine sahip özel termokupl mikro devreler.
Bazı durumlarda, şemayı bir bütün olarak basitleştirmek için, tazminatı basitçe reddedebilir. Basit örnek havya için sıcaklık regülatörü: havya sürekli elinizde ise, regülatörü biraz sıkmanızı, düşürmenizi veya sıcaklık eklemenizi ne engeller? Sonuçta, lehim yapmayı bilen lehim kalitesini görür ve zamanında karar verir. Böyle bir termostatın şeması oldukça basittir ve Şekil 4'te gösterilmiştir.
Şekil 4. Basit bir termostatın şeması (Büyütmek için resmin üzerine tıklayın).
Şekilde görülebileceği gibi, devre oldukça basittir ve pahalı özel parçalar içermez. Ev tipi K157UD2 mikro devresini temel alır - çift düşük gürültülü bir işlemsel yükselteç. DA1.1 op amp'de, termokupl sinyal amplifikatörünün kendisi monte edilir. 200 - 250 ° C'ye ısıtıldığında TİP K termokupl kullanıldığında, amplifikatörün çıkış voltajı yaklaşık 7 - 8V'a ulaşır.
Op-amp'in ikinci yarısında, termokupl amplifikatörün çıkışından bir voltaj sağlanan evirici girişine bir karşılaştırıcı monte edilir. Öte yandan - R8 değişken direncinin motorundan referans voltajı.
Termokupl amplifikatörün çıkışındaki voltaj referans voltajdan daha az olduğu sürece, pozitif voltaj karşılaştırıcının çıkışında tutulur, bu nedenle tetikleme devresi çalışır triyak Transistör VT1 üzerindeki blokaj jeneratörü devresine göre yapılan T1. Bu nedenle, triyak T1 açılır ve termokupl amplifikatörün çıkışındaki voltajı artıran EK ısıtıcısından bir elektrik akımı geçer.
Bu voltaj referans voltajını biraz aşar aşmaz, karşılaştırıcının çıkışında negatif bir voltaj ortaya çıkar. Bu nedenle, transistör VT1 kilitlenir ve blokaj jeneratörü, triyak T1'in kapanmasına ve ısıtma elemanının soğutulmasına yol açan kontrol darbeleri üretmeyi durdurur. Termokupl amplifikatörün çıkışındaki voltaj referans voltajından biraz daha az olduğunda. tüm ısıtma çevrimi tekrarlanır.
Böyle bir sıcaklık regülatörüne güç vermek için, iki kutup gerilimi +12, -12 V olan düşük güçlü bir güç kaynağına ihtiyacınız vardır. Transformer Tr1, НМ2000 ferrit K10 * 6 * 4 boyutunda bir ferrit halka üzerinde yapılır. Her üç sargı da 50 tur PELSHO-0.1 tel içerir.
Devrenin sadeliğine rağmen, yeterince güvenilir bir şekilde çalışır ve servis verilebilir parçalardan monte edilir, sadece en az bir termokupllu Çin multimetresi kullanılarak belirlenebilen bir sıcaklık ayarı gerektirir.
Termokupl üretimi için malzemeler
Daha önce de belirtildiği gibi, bir termokupl farklı malzemelerden yapılmış iki elektrot içerir. Toplamda, uluslararası standarda göre Latin alfabesinin harfleri ile gösterilen çeşitli tiplerde yaklaşık bir düzine termokupl vardır.
Her türün, esas olarak elektrotların malzemelerinden kaynaklanan kendi özellikleri vardır.Örneğin, oldukça yaygın olan TYPE K termokupl bir krom-alumel çiftinden yapılır. Ölçüm aralığı 200 - 1200 ° C, 0 - 1200 ° C sıcaklık aralığındaki termoelektrik katsayısı 35 - 32 μV / ° C'dir, bu da termokupl özelliklerinin belirli bir doğrusal olmadığını gösterir.
Bir termokupl seçerken, öncelikle ölçülen sıcaklık aralığında, karakteristiğin doğrusal olmasının minimum olması gerçeğiyle yönlendirilmelidir. O zaman ölçüm hatası o kadar fark edilmeyecektir.
Termokupl, cihazdan önemli bir mesafede bulunuyorsa, bağlantı özel bir dengeleme teli kullanılarak yapılmalıdır. Böyle bir tel, termokuplun kendisi ile aynı malzemelerden yapılır, ancak kural olarak çapı belirgin şekilde daha büyüktür.
Daha yüksek sıcaklıklarda çalışmak için, platin ve platin-rodyum alaşımlarına dayanan değerli metallerden yapılmış termokupllar sıklıkla kullanılır. Bu tür termokupllar şüphesiz daha pahalıdır. Termokupl elektrotlar için malzemeler standartlara göre üretilmektedir. Tüm termokupl çeşitleri, ilgili tablolarda herhangi bir iyi referansta bulunabilir.
Bir sonraki makalede okuyun - Birkaç sıcaklık sensörü daha: yarı iletken sensörler, mikrodenetleyiciler için sensörler
Boris birladyshkin
Ayrıca bkz. electro-tr.tomathouse.com
: