Ada banyak perangkat dan mekanisme berbeda yang memungkinkan Anda mengukur suhu. Beberapa dari mereka digunakan dalam kehidupan sehari-hari, beberapa - untuk berbagai penelitian fisik, dalam proses produksi dan industri lainnya.
Salah satu perangkat tersebut adalah termokopel. Kami akan mempertimbangkan prinsip operasi dan skema perangkat ini di bagian berikut.
Dasar fisik operasi termokopel
Prinsip kerja termokopel didasarkan pada proses fisik biasa. Untuk pertama kalinya, efek perangkat ini bekerja dipelajari oleh ilmuwan Jerman Thomas Seebeck.
Inti dari fenomena yang menjadi dasar prinsip pengoperasian termokopel adalah sebagai berikut. Dalam rangkaian listrik tertutup, terdiri dari dua konduktor yang berbeda jenis, ketika terkena suhu lingkungan tertentu, timbul listrik.
Aliran listrik yang dihasilkan dan suhu lingkungan yang bekerja pada konduktor berada dalam hubungan linier. Artinya, semakin tinggi suhu, semakin besar arus listrik yang dihasilkan oleh termokopel. padaini adalah prinsip pengoperasian termokopel dan termometer resistansi.
Dalam hal ini, satu kontak termokopel terletak pada titik di mana perlu untuk mengukur suhu, itu disebut "panas". Kontak kedua, dengan kata lain - "dingin", - ke arah yang berlawanan. Penggunaan termokopel untuk pengukuran hanya diperbolehkan jika suhu udara di dalam ruangan lebih rendah daripada di tempat pengukuran.
Ini adalah diagram singkat pengoperasian termokopel, prinsip pengoperasiannya. Jenis termokopel akan dibahas pada bagian selanjutnya.
Jenis termokopel
Dalam setiap industri di mana pengukuran suhu diperlukan, termokopel adalah aplikasi utama. Perangkat dan prinsip pengoperasian berbagai jenis unit ini diberikan di bawah ini.
Termokopel krom-aluminium
Sirkuit termokopel ini digunakan dalam banyak kasus untuk produksi berbagai sensor dan probe yang memungkinkan Anda mengontrol suhu dalam produksi industri.
Fitur pembedanya termasuk harga yang cukup rendah dan rentang suhu terukur yang sangat besar. Mereka memungkinkan Anda untuk memperbaiki suhu dari -200 hingga +13000 derajat Celcius.
Tidak disarankan untuk menggunakan termokopel dengan paduan serupa di toko dan fasilitas dengan kandungan sulfur tinggi di udara, karena unsur kimia ini berdampak negatif pada krom dan aluminium, menyebabkan kegagalan fungsi pada perangkat.
Termokopel Chrome-Kopel
Prinsip operasi termokopel, grup kontak yang terdiri dari paduan ini, adalah sama. Tetapi perangkat ini beroperasi terutama dalam media cair atau gas, yang memiliki sifat netral dan tidak agresif. Indeks suhu atas tidak melebihi +8000 derajat Celcius.
Termokopel serupa digunakan, prinsip yang memungkinkannya digunakan untuk menentukan tingkat pemanasan permukaan apa pun, misalnya, untuk menentukan suhu tungku perapian terbuka atau struktur serupa lainnya.
Termokopel konstanta besi
Kombinasi kontak dalam termokopel ini tidak biasa seperti yang pertama dari varietas yang dipertimbangkan. Prinsip pengoperasian termokopel adalah sama, tetapi kombinasi ini telah menunjukkan dirinya dengan baik di atmosfer yang dijernihkan. Tingkat maksimum suhu terukur tidak boleh melebihi +12500 derajat Celcius.
Namun, jika suhu mulai naik di atas +7000 derajat, ada bahaya pelanggaran akurasi pengukuran karena perubahan sifat fisik dan kimia besi. Bahkan ada kasus korosi kontak besi termokopel dengan adanya uap air di udara sekitar.
Termokopel platinum-platinum
Termokopel paling mahal untuk diproduksi. Prinsip operasinya sama, tetapi berbeda dari rekan-rekannya dalam pembacaan suhu yang sangat stabil dan andal. Sensitivitasnya berkurang.
Aplikasi utama perangkat ini adalah pengukuran suhu tinggi.
Termokopel tungsten-renium
Juga digunakan untuk mengukur suhu sangat tinggi. Batas maksimum yang dapat diperbaiki menggunakan skema ini mencapai 25 ribu derajat Celcius.
Aplikasi mereka membutuhkan kepatuhan dengan kondisi tertentu. Dengan demikian, dalam proses pengukuran suhu, perlu untuk sepenuhnya menghilangkan atmosfer di sekitarnya, yang memiliki efek negatif pada kontak akibat proses oksidasi.
Untuk ini, termokopel tungsten-renium biasanya ditempatkan dalam selubung pelindung yang diisi dengan gas inert untuk melindungi elemennya.
Di atas, masing-masing termokopel yang ada, perangkat, prinsip operasinya, tergantung pada paduan yang digunakan, dipertimbangkan. Sekarang pertimbangkan beberapa fitur desain.
Desain termokopel
Ada dua jenis utama desain termokopel.
- Dengan lapisan isolasi. Desain termokopel ini menyediakan isolasi lapisan kerja perangkat dari arus listrik. Susunan ini memungkinkan termokopel untuk digunakan dalam proses tanpa mengisolasi input dari ground.
- Tanpa menggunakan lapisan isolasi. Termokopel semacam itu hanya dapat dihubungkan ke sirkuit pengukur yang inputnya tidak memiliki kontak dengan tanah. Jika kondisi ini tidak terpenuhi, perangkat akan mengembangkan dua sirkuit tertutup independen, menghasilkan pembacaan termokopel yang tidak valid.
Termokopel perjalanan dan aplikasinya
Ada yang terpisahsemacam perangkat ini, yang disebut "berjalan". Kami sekarang akan mempertimbangkan prinsip pengoperasian termokopel yang berjalan secara lebih rinci.
Desain ini terutama digunakan untuk mendeteksi suhu billet baja selama pemrosesan pada pembubutan, penggilingan, dan mesin serupa lainnya.
Perlu dicatat bahwa dalam hal ini juga dimungkinkan untuk menggunakan termokopel konvensional, namun, jika proses pembuatan memerlukan akurasi suhu tinggi, sulit untuk melebih-lebihkan termokopel yang sedang berjalan.
Saat menerapkan metode ini, elemen kontaknya disolder ke benda kerja terlebih dahulu. Kemudian, selama pemrosesan blanko, kontak ini terus-menerus terkena aksi pemotong atau alat kerja mesin lainnya, akibatnya persimpangan (yang merupakan elemen utama saat melakukan pembacaan suhu) tampaknya berjalan” di sepanjang kontak.
Efek ini banyak digunakan dalam industri pengerjaan logam.
Fitur teknologi desain termokopel
Saat membuat sirkuit termokopel yang berfungsi, dua kontak logam disolder, yang, seperti yang Anda ketahui, terbuat dari bahan yang berbeda. Persimpangan itu disebut pertigaan.
Perlu diperhatikan bahwa tidak perlu membuat sambungan ini menggunakan solder. Cukup putar dua kontak menjadi satu. Tetapi metode produksi seperti itu tidak akan memiliki tingkat keandalan yang memadai, dan mungkin juga memberikan kesalahan saat melakukan pembacaan suhu.
Jika Anda perlu mengukur tinggisuhu, penyolderan logam diganti dengan pengelasannya. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa dalam kebanyakan kasus, solder yang digunakan dalam sambungan memiliki titik leleh yang rendah dan akan rusak jika terlampaui.
Sirkuit yang telah dilas dapat menahan rentang suhu yang lebih luas. Tetapi metode koneksi ini juga memiliki kekurangan. Struktur internal logam saat terkena suhu tinggi selama proses pengelasan dapat berubah, yang akan mempengaruhi kualitas data yang diperoleh.
Selain itu, kondisi kontak termokopel harus dipantau selama pengoperasiannya. Jadi, dimungkinkan untuk mengubah karakteristik logam di sirkuit karena dampak lingkungan yang agresif. Oksidasi atau interdifusi bahan dapat terjadi. Dalam situasi seperti itu, rangkaian operasi termokopel harus diganti.
Jenis sambungan termokopel
Industri modern menghasilkan beberapa desain yang digunakan dalam pembuatan termokopel:
- persimpangan terbuka;
- dengan sambungan berinsulasi;
- dengan persimpangan ground.
Fitur termokopel sambungan terbuka adalah ketahanan yang buruk terhadap pengaruh eksternal.
Dua jenis desain berikut dapat digunakan saat mengukur suhu di lingkungan agresif yang berdampak buruk pada pasangan kontak.
Selain itu, saat ini industri sedang menguasai skema produksi termokopel menggunakan teknologi semikonduktor.
Kesalahan pengukuran
Kebenaran pembacaan suhu yang diperoleh dengan menggunakan termokopel tergantung pada bahan grup kontak, serta faktor eksternal. Yang terakhir termasuk tekanan, latar belakang radiasi atau alasan lain yang dapat mempengaruhi parameter fisiko-kimia logam dari mana kontak dibuat.
Kesalahan pengukuran terdiri dari komponen berikut:
- kesalahan acak yang disebabkan oleh proses pembuatan termokopel;
- kesalahan yang disebabkan oleh pelanggaran rezim suhu kontak "dingin";
- kesalahan disebabkan oleh gangguan eksternal;
- kesalahan peralatan kontrol.
Manfaat menggunakan termokopel
Manfaat menggunakan perangkat pengontrol suhu ini, apa pun aplikasinya, meliputi:
- berbagai indikator yang dapat direkam menggunakan termokopel;
- Persimpangan termokopel, yang secara langsung terlibat dalam pembacaan, dapat ditempatkan secara langsung dengan titik pengukuran;
- Termokopel mudah dibuat, tahan lama, dan tahan lama.
Kekurangan mengukur suhu dengan termokopel
Kerugian menggunakan termokopel antara lain:
- Perlunya pemantauan konstan suhu kontak "dingin" termokopel. Ini adalah khasfitur desain alat ukur, yang didasarkan pada termokopel. Prinsip pengoperasian skema ini mempersempit ruang lingkup penerapannya. Mereka hanya dapat digunakan jika suhu sekitar lebih rendah dari suhu di titik pengukuran.
- Pelanggaran struktur internal logam yang digunakan dalam pembuatan termokopel. Faktanya adalah bahwa sebagai akibat dari paparan lingkungan eksternal, kontak kehilangan keseragamannya, yang menyebabkan kesalahan pada indikator suhu yang diperoleh.
- Selama proses pengukuran, grup kontak termokopel biasanya terkena pengaruh negatif dari lingkungan, yang menyebabkan gangguan dalam proses. Ini lagi-lagi membutuhkan penyegelan kontak, yang menyebabkan biaya perawatan tambahan untuk sensor tersebut.
- Ada risiko terkena gelombang elektromagnetik pada termokopel, yang desainnya menyediakan grup kontak yang panjang. Ini juga dapat mempengaruhi hasil pengukuran.
- Dalam beberapa kasus, ada pelanggaran hubungan linier antara arus listrik yang terjadi di termokopel dan suhu di tempat pengukuran. Situasi ini membutuhkan kalibrasi peralatan kontrol.
Kesimpulan
Meskipun kekurangannya, metode pengukuran suhu menggunakan termokopel, yang pertama kali ditemukan dan diuji pada abad ke-19, telah menemukan aplikasi yang luas di semua cabang industri modern.
Selain itu, ada aplikasi di mana penggunaan termokopeladalah satu-satunya cara untuk mendapatkan data suhu. Dan setelah membaca materi ini, Anda telah sepenuhnya memahami prinsip-prinsip dasar pekerjaan mereka.
