Medição de temperaturas de superfície com termopares

Não existe termopar de um tipoprojetado para medir a temperatura da superfície de corpos sólidos (termopares de superfície). A abundância de projetos existentes de termopares de superfície deve-se principalmente à variedade de condições de medição e propriedades de superfícies cujas temperaturas devem ser medidas.

Na prática industrial, é necessário medir as temperaturas de superfícies com diferentes formas geométricas, corpos fixos e rotativos, corpos eletricamente condutores e isolantes, corpos com alta e baixa condutividade térmica, lisos e rugosos. Portanto, termopares de superfície adequados para uso em algumas condições são inadequados em outras.

Medindo a temperatura de uma superfície metálica soldando um termopar

Muitas vezes, para medir as temperaturas de placas de metal finas aquecidas ou corpos sólidos, uma junção de termopar é diretamente soldada ou soldada na superfície sob teste.Este método de medição de temperatura só pode ser considerado aceitável se forem tomadas certas precauções.

A troca de calor entre a superfície da placa e a esfera de conexão dos termopares é realizada principalmente pelo fluxo de calor que passa por sua superfície de contato, que faz parte da superfície da junção e termoeletrodos adjacentes à junção. Até certo ponto, a troca de calor ocorre por radiação entre a placa e a porção da superfície de junção do termoeletrodo que não está em contato com ela.

Por outro lado, a parte da superfície da junção em contato com a placa e os termoeletrodos do termopar perdem energia térmica devido à radiação para corpos mais frios ao redor da placa e transferência de calor por convecção para os fluxos de ar que lavam a junção.

Assim, a junção e os termoeletrodos de termopar adjacentes dissipam uma parte significativa da energia térmica que é continuamente fornecida à junção através da superfície de contato da placa.

Como resultado do equilíbrio, a temperatura da junção e da parte adjacente da superfície da placa acaba sendo muito menor que a temperatura das partes da placa distantes da junção (ao medir altas temperaturas de placas finas, este erro sistemático de medição pode chegar a centenas de graus).

Este erro é reduzido diminuindo a quantidade de fluxo de calor dissipado pelos eletrodos de junção e termopar, para isso é útil usar termopares feitos com os termoeletrodos mais finos possíveis.

Os próprios termoeletrodos não devem ser removidos imediatamente da placa, mas é melhor colocá-los primeiro em contato térmico com a placa a uma distância igual a pelo menos 50 diâmetros dos termoeletrodos.

Deve-se ter em mente que se a placa e a superfície dos termoeletrodos não estiverem oxidadas, elas podem ser fechadas pela placa e potência termoelétrica medida. etc. v. termopar corresponderá à temperatura não da junção do termopar, mas à temperatura do ponto de contato do termopar com a superfície.

Neste caso, uma fina camada de isolamento elétrico, por exemplo uma fina folha de mica, deve ser colocada entre os termoeletrodos e a placa. Também é recomendável cobrir toda a superfície da junção e a área do termoeletrodo com uma camada de isolamento térmico, por exemplo, um revestimento refratário, para reduzir as perdas por radiação e transferência de calor por convecção.

Ao observar essas precauções, é possível garantir que a temperatura da superfície das peças metálicas seja medida em poucos graus.

Às vezes, não é a conexão do termopar que é soldada na superfície da placa de metal, mas seus termopares a alguma distância um do outro.

Este método de medir a temperatura de uma superfície metálica pode ser considerado aceitável apenas se houver confiança na igualdade das temperaturas das placas nos dois pontos de soldagem dos termoeletrodos. Caso contrário, energia termoelétrica parasita aparecerá no circuito do termopar. d. s desenvolvido a partir dos materiais do termoeletrodo com o material da placa.

Abaixo está uma descrição de termopares como arco, remendo e baioneta.Eles são usados ​​para medir as temperaturas das superfícies de corpos estacionários.

Termopar com arco (fita)

O termopar do nariz é equipado com um elemento sensível feito na forma de uma tira feita de dois metais ou ligas (por exemplo, cromo e alumel) com um comprimento de 300 mm, uma largura de 10 - 15 mm, soldada ou soldada no testa e rolou para uma espessura de 0,1 - 0,2 mm...

As extremidades da banda com uma junta no meio são fixadas em isoladores nas extremidades de uma alça de mola em forma de arco para que a banda fique sempre esticada. De suas extremidades aos terminais do medidor (milivoltímetro) existem fios feitos dos mesmos materiais das duas metades da fita.

Para medir a temperatura de uma superfície convexa, o termopar de feixe é pressionado contra essa superfície a partir da parte central, de modo que a superfície seja coberta com fita adesiva, pelo menos em seções de 30 mm em cada lado da junção.

termopar porco

Os termoeletrodos que formam um termopar são soldados nos orifícios passantes do disco de cobre vermelho. Para garantir a resistência mecânica da estrutura, são utilizados termoeletrodos com diâmetro de 2 a 3 mm. A superfície inferior do disco (o "patch") é moldada na superfície para a qual o termopar se destina a medir a temperatura.

A força termoeletromotriz do termopar patch é formada como resultado do fechamento dos termoeletrodos pelo metal do patch. Em uma boa soldagem, esse fechamento ocorre em toda a superfície dos segmentos do termoeletrodo rebaixados no interior do remendo.Mas o circuito elétrico com a menor resistência é formado principalmente pela camada superficial superior do patch, e a temperatura desta camada determina principalmente a potência termoelétrica. etc. v. termopares.

As equações de balanço térmico do termopar patch são semelhantes ao que foi feito acima para o termopar strip, com a diferença que além do fluxo de calor dissipado como resultado da transferência de calor convectiva e radiativa da superfície externa do patch, de grande A importância é levar em consideração a parte do fluxo de calor dissipado sugado pelos remendos do termoeletrodo devido à sua condutividade térmica.

É necessário levar em conta a seguinte circunstância. Os termoeletrodos são feitos de diferentes metais ou ligas com diferentes valores do coeficiente de condutividade térmica. Assim, por exemplo, o termopar de platina-ródio do tipo PP é caracterizado por um coeficiente de condutividade térmica que é metade do segundo termopar - platina.

Se os diâmetros dos termoeletrodos forem iguais, a diferença nos valores dos coeficientes de condutividade térmica dos termoeletrodos levará ao fato de que uma diferença de temperatura é formada nos locais de contato elétrico dos termoeletrodos com o patch, o que levará ao aparecimento de energia termoelétrica parasita no circuito do termopar . etc. com

Pino termopar

Termopares deste tipo são usados ​​principalmente para medir as temperaturas da superfície de metais e ligas relativamente macios. Para um termopar baioneta, são utilizados termoeletrodos feitos de ligas suficientemente duras, por exemplo, cromel e alumel com um diâmetro de 3-5 mm.

Um dos termoeletrodos do termopar é fixado fixamente na cabeça, e o segundo pode se mover em seu eixo e, no estado não funcional, sua extremidade é puxada por uma mola sob a extremidade do primeiro termoeletrodo. As extremidades dos dois termoeletrodos são pontiagudas.

Quando um termopar é levado a um objeto de tamanho considerável, a superfície do objeto primeiro toca a ponta do termoeletrodo móvel. Com pressão adicional na cabeça, o termoeletrodo entra nela até que a ponta do termoeletrodo encontre a superfície do objeto. Ambos os pontos então perfuram o filme de óxido superficial na superfície do objeto e esse metal fecha o circuito elétrico do termopar.

Com boa afiação das extremidades dos termoeletrodos, o termopar fornece resultados confiáveis ​​para medir as temperaturas das superfícies de metais não ferrosos com um filme de óxido macio e facilmente perfurável.

O uso de um termopar baioneta com pontas rombas faz com que as superfícies de contato dos dois termoeletrodos com o objeto se tornem relativamente grandes, fazendo com que as superfícies dos objetos esfriem nos locais onde as extremidades dos termopares se tocam e o termopar fornece leituras de temperatura claramente subestimadas. No entanto, já após 20 a 30 segundos, o calor proveniente das áreas circundantes do objeto aquece a seção resfriada e, com ela, as extremidades dos termoeletrodos.

Assim, um termopar baioneta com pontas rombas no momento do contato dá leituras subestimadas da temperatura do objeto, após o que, em algumas dezenas de segundos, suas leituras aumentam, aproximando-se assintoticamente de um valor estável.Este valor estável difere mais do valor real da temperatura da superfície do objeto, quanto maior a superfície de contato das extremidades rombas dos termoeletrodos com o objeto.

Calibração de termopares de superfície

A temperatura estacionária do termopar de superfície é menor que a temperatura medida da superfície com a qual o termopar está em contato. Essa diferença de temperatura pode ser amplamente explicada devido à calibração do termopar de superfície sob condições de transferência de calor de sua superfície externa, aproximando-se das condições operacionais.

Desta posição, conclui-se que a característica de calibração de superfícies de termopares pode diferir significativamente da característica de um termopar formado pelos mesmos termoeletrodos, mas calibrados pelo método de comparação com um exemplo, quando eles são imersos simultaneamente em um espaço termostatizado.

Portanto, os termopares de superfície não podem ser calibrados por imersão em termostatos (termostatos de aquecimento de laboratório líquido para calibração de termopares). Uma técnica de calibração diferente deve ser aplicada a eles.

Os termopares de superfície são calibrados aplicando a pressão necessária à superfície metálica externa do termostato líquido de parede fina. O líquido aquecido dentro do termostato é bem misturado e sua temperatura é medida com algum dispositivo de amostragem.

A superfície externa do termostato é coberta com uma camada de isolamento térmico. O isolamento térmico não cobre apenas uma pequena área da superfície externa, que tem aproximadamente metade da altura do termostato, na qual o termopar é aplicado.

Neste projeto, a temperatura da superfície metálica do termostato abaixo do termopar de superfície, com um erro não superior a alguns décimos de grau, pode ser considerada igual à temperatura do líquido no termostato.