熱電対による表面温度の測定

存在しない 1 種類の熱電対固体の表面温度を測定するように設計されています (表面熱電対)。既存の表面熱電対の設計が豊富にあるのは、主に、温度が測定される表面の測定条件と特性が多様であるためです。

工業的な実践では、さまざまな幾何学的形状の表面、固定体と回転体、導電体と絶縁体、熱伝導率の高い物体と低い物体、滑らかな物体と粗い物体の温度を測定する必要があります。したがって、ある条件での使用に適した表面熱電対は、他の条件では適さないことになります。

熱電対を溶接して金属表面の温度を測定する

加熱された薄い金属板や固体の温度を測定するには、熱電対の接点を試験対象の表面に直接はんだ付けまたは溶接することがよくあります。この温度測定方法は、特定の予防措置を講じた場合にのみ許容されると見なされます。

プレートの表面と熱電対の接続ボールの間の熱交換は、主に、接合部および接合部に隣接する熱電極の表面の一部である接触面を通過する熱流によって行われます。熱交換は、プレートとそれに接触していない熱電極接合面の部分との間の輻射によってある程度発生します。

一方、プレートと熱電対熱電極に接触する接合面の部分は、プレート周囲の低温の物体への放射と接合部を洗浄する空気流への対流熱伝達により熱エネルギーを失います。

したがって、接合部および隣接する熱電対熱電極は、プレート接触面を通じて接合部に継続的に供給される熱エネルギーのかなりの部分を放散します。

平衡の結果、接合部とプレートの表面の隣接部分の温度は、接合部から離れたプレートの部分の温度よりもはるかに低いことがわかります（薄いプレートの高温を測定する場合、この系統的な測定誤差は数百度に達する可能性があります)。

この誤差は、接合電極と熱電対によって放散される熱流束の量を減らすことで軽減され、そのためには可能な限り薄い熱電極で作られた熱電対を使用すると効果的です。

熱電極自体をプレートからすぐに取り外す必要はありませんが、最初に熱電極の直径の少なくとも 50 倍に等しい距離を置いてプレートと熱接触するように配置することをお勧めします。

プレートと熱電極の表面が酸化していない場合、それらはプレートによって閉じられ、熱電極が酸化する可能性があることに留意する必要があります。 熱起電力を測定しました。等v. 熱電対 は、熱電対の接点の温度ではなく、熱電対と表面の接触点の温度に対応します。

この場合、電気絶縁体の薄い層、例えば雲母の薄いシートを熱電極とプレートの間に配置する必要があります。また、放射や対流による熱伝達による損失を減らすために、接合部の表面全体と熱電極領域を耐火性コーティングなどの断熱層で覆うことも推奨されます。

これらの注意事項を守ることで、金属部品の表面温度を数度以内に確実に測定することができます。

場合によっては、熱電対の接続が金属板の表面に溶接されるのではなく、熱電対が互いにある程度離れたところにある場合もあります。

金属表面の温度を測定するこの方法は、熱電極の溶接の 2 つの点でのプレートの温度が等しいという確信がある場合にのみ許容できると見なされます。そうしないと、熱電対回路に寄生熱起電力が発生します。 d.熱電極材料とプレート材料から開発されました。

以下に、ボウ、パッチ、バヨネットなどの熱電対について説明します。静止体の表面の温度を測定するために使用されます。

リボン付き熱電対

ノーズ熱電対には、長さ 300 mm、幅 10 ～ 15 mm の 2 つの金属または合金 (クロメルとアルメルなど) で作られたストリップの形で作られた感応要素が装備されており、半田付けまたは溶接されています。額を0.1～0.2mmの厚さに丸めて…

中央にジョイントを備えたバンドの端は、弓形のスプリングハンドルの端にある絶縁体に固定されており、バンドは常にピンと張った状態になっています。その端から測定装置 (ミリボルトメーター) の端子まで、テープの 2 つの半分と同じ材料で作られたワイヤーがあります。

凸面の温度を測定するには、接合部の両側の少なくとも 30 mm の部分がテープで表面が覆われるように、ビーム熱電対を中央部分から凸面に押し付けます。

豚熱電対

熱電対を形成する熱電極は、赤銅ディスクのスルーホールにはんだ付けされます。構造の機械的強度を確保するために、直径 2 ～ 3 mm の熱電極が使用されます。ディスクの下面 (「パッチ」) は、熱電対が温度を測定するための表面に成形されます。

パッチ熱電対の熱起電力は、パッチの金属による熱電極の閉鎖の結果として形成されます。良好なはんだ付けでは、この閉鎖はパッチの内側にある熱電極セグメントの表面全体にわたって発生します。しかし、最も抵抗が低い電気回路は主にパッチの上表層によって形成され、この層の温度が主に熱起電力を決定します。等v. 熱電対。

パッチ熱電対の熱平衡方程式は、上でストリップ熱電対に対して行ったものと似ていますが、パッチの外面からの対流および放射熱伝達の結果として放散される熱流束に加えて、重要なのは、熱電極パッチの熱伝導率により熱電極パッチによって吸収される放散熱流束の部分を考慮することです。

以下の状況を考慮する必要があります。熱電極は、熱伝導率の異なる値を持つさまざまな金属または合金でできています。したがって、たとえば、PP タイプの白金 - ロジウム熱電対熱電対は、2 番目の熱電対 - 白金の熱伝導率の半分であるという特徴があります。

熱電極の直径が同じ場合、熱電極の熱伝導率の値の違いにより、熱電極と熱電極の電気的接触の場所に温度差が形成されるという事実につながります。これにより、熱電対回路に寄生熱電エネルギーが発生します。等と

ピン熱電対

このタイプの熱電対は、主に比較的柔らかい金属や合金の表面温度を測定するために使用されます。バヨネット熱電対の場合、十分に硬い合金、たとえば直径 3 ～ 5 mm のクロメルやアルメルで作られた熱電極が使用されます。

熱電対の熱電極の 1 つはヘッドに固定されており、2 番目の熱電極はその軸上で移動でき、非動作状態では、その端はバネによって最初の熱電極の端の下に引っ張られます。 2 つの熱電極の端は尖っています。

熱電対をかなりの大きさの物体に近づけると、まず物体の表面が可動熱電極の先端に接触します。ヘッドに圧力を加えると、熱電極の先端が物体の表面に接触するまで、熱電極がヘッドに入ります。その後、両方の点が物体の表面の表面酸化膜を突き破り、この金属が熱電対の電気回路を閉じます。

熱電極の端がよく尖っているため、熱電対は、柔らかく容易に突き刺さる酸化膜を持つ非鉄金属の表面の温度を測定する場合に信頼性の高い結果をもたらします。

先端が鈍いバヨネット熱電対を使用すると、2 つの熱電極と物体との接触面が比較的大きくなり、その結果、熱電対の端が接触する場所で物体の表面が冷却され、熱電対は明らかに過小評価された温度測定値を示します。しかし、既に 20 ～ 30 秒後には、物体の周囲領域からの熱により、冷却された部分が加熱され、それとともに熱電極の端も加熱されます。

したがって、接触した瞬間の先端が鈍いバヨネット熱電対は、物体の温度の測定値を過小評価しますが、その後、数十秒以内に測定値が増加し、漸近的に安定値に近づきます。熱電極の平滑端と物体との接触面積が大きくなるほど、この安定した値は物体の表面温度の実際の値と大きく異なります。

表面熱電対の校正

表面熱電対の定常温度は、熱電対が接触している表面の測定温度よりも低くなります。この温度差は、動作条件に近い、外表面からの熱伝達条件下での表面熱電対の校正によって主に説明できます。

この立場から、熱電対表面の校正特性は、同じ熱電極で形成され、例との比較方法によって校正された熱電対の特性とは、熱電対が恒温空間に同時に浸漬された場合、大きく異なる可能性があるということになります。

したがって、表面熱電対はサーモスタット (熱電対校正用の液体実験室加熱サーモスタット) に浸して校正することはできません。異なるキャリブレーション手法を適用する必要があります。

表面熱電対は、薄壁の液体サーモスタットの外側の金属表面に必要な圧力を加えることによって校正されます。サーモスタット内の加熱された液体はよく混合され、その温度がサンプル装置で測定されます。

サーモスタットの外面は断熱層で覆われています。断熱材は、熱電対が適用されるサーモスタットの高さの約半分の外表面の小さな領域のみを覆うわけではありません。

この設計では、表面熱電対の下のサーモスタットの金属表面の温度は、数十分の 1 度を超えない誤差で、サーモスタット内の液体の温度と等しいと考えることができます。