ما هو العنصر الحراري؟
ما هو زوج الحرارة؟
تعريف زوج الحرارة
زوج الحرارة هو جهاز يحول الفروق في درجات الحرارة إلى فرق كهربائي، استنادًا إلى مبدأ التأثير الحراري الكهربائي. إنه نوع من المستشعرات يمكنه قياس درجة الحرارة في نقطة أو موقع معين. تستخدم أزواج الحرارة على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية والمنزلية والتجارية والعلمية بسبب بساطتها ومتانتها وتكلفتها المنخفضة ومداها الواسع لدرجات الحرارة.
التأثير الحراري الكهربائي
التأثير الحراري الكهربائي هو ظاهرة إنتاج فرق كهربائي نتيجة لفرق في درجات الحرارة بين معدنين مختلفين أو سبائك معدنية. اكتشف هذا التأثير العالم الألماني توماس سيبيك في عام 1821، حيث لاحظ أن المجال المغناطيسي يتكون حول حلقة مغلقة من معدنين مختلفين عندما يتم تسخين أحد التقاطعين وتبريد الآخر.
يمكن شرح التأثير الحراري الكهربائي من خلال حركة الإلكترونات الحرة في المعادن. عندما يتم تسخين أحد التقاطيع، تكتسب الإلكترونات طاقة حركية وتتحرك بشكل أسرع نحو التقاطع الأبرد. هذا يخلق فرقًا محتملاً بين التقاطعين، والذي يمكن قياسه بواسطة فولتميتر أو أمبيرمتر. تعتمد قيمة الفولتاج على نوع المعادن المستخدمة وفرق درجات الحرارة بين التقاطعين.
عمل زوج الحرارة
يتكون زوج الحرارة من سلكين مصنوعين من معادن مختلفة أو سبائك معدنية، متصلين معًا في كلتا النهايتين لتشكيل تقاطعين. يتم وضع أحد التقاطعين، المعروف بالتقاطع الساخن أو التقاطع القياسي، في المكان الذي سيتم فيه قياس درجة الحرارة. يتم الحفاظ على التقاطع الآخر، المعروف بالتقاطع البارد أو التقاطع المرجعي، عند درجة حرارة ثابتة ومعروفة، عادةً عند درجة حرارة الغرفة أو في حمام من الثلج.
عند وجود فرق في درجات الحرارة بين التقاطعين، يتم إنتاج فرق كهربائي عبر دائرة زوج الحرارة بسبب التأثير الحراري الكهربائي. يمكن قياس هذا الفولتاج بواسطة فولتميتر أو أمبيرمتر متصل بدائرة. باستخدام جدول معايرة أو صيغة تربط بين الفولتاج ودرجة الحرارة لنوع معين من أزواج الحرارة، يمكن حساب درجة حرارة التقاطع الساخن.
أنواع أزواج الحرارة
تختلف الأنواع المختلفة، مثل K، J، T، وE، بناءً على تركيبات المعادن ومداها الحراري والتطبيقات المحددة.
المزايا
يمكنها قياس نطاق واسع من درجات الحرارة، من درجات الحرارة المنخفضة جدًا إلى درجات الحرارة العالية جدًا.
هي أجهزة بسيطة وقوية وموثوقة يمكنها تحمل البيئات القاسية والاهتزازات.
هي رخيصة الثمن وسهلة التركيب والاستبدال.
لديها وقت استجابة سريع ويمكنها قياس التغيرات الديناميكية في درجات الحرارة.
لا تتطلب طاقة خارجية أو تضخيمًا لعملها.
العيوب
لديها دقة واستقرار أقل مقارنة بمستشعرات أخرى.
عرضة للخطأ بسبب التآكل والتاكسيد والتلوث أو الشيخوخة في الأسلاك.
تحتاج إلى تقاطع مرجعي عند درجة حرارة معروفة لقياس دقيق.
لديها إخراج غير خطي يتطلب معايرة معقدة أو تعويض.
قد تولد فولتاجات حرارية غير مرغوب فيها بسبب التقاطعات الطفيلية في الدائرة.
معايير الاختيار
اختر بناءً على نطاق درجات الحرارة والدقة والتوافق مع البيئة والحجم والخصائص الكهربائية والتكلفة.
التطبيقات الشائعة
صناعات الحديد والفولاذ
أجهزة الغاز
مستشعرات الإشعاع الحراري
التصنيع
إنتاج الطاقة
مصانع المعالجة
زوج الحرارة كمقياس فراغ
الخاتمة
أزواج الحرارة هي مستشعرات حرارية شائعة الاستخدام تتكون من نوعين مختلفين من المعادن متصلين معًا في نهايتهما. عندما يتم تسخين أو تبريد التقاطع بين المعدنين، يتم إنشاء فولتاج يمكن ربطه بدرجة الحرارة.
لدى أزواج الحرارة العديد من المزايا والعيوب مقارنة بمستشعرات درجة الحرارة الأخرى. يمكنها قياس نطاق واسع من درجات الحرارة، من درجات الحرارة المنخفضة جدًا إلى درجات الحرارة العالية جدًا. هي أجهزة بسيطة وقوية وموثوقة يمكنها تحمل البيئات القاسية والاهتزازات. هي رخيصة الثمن وسهلة التركيب والاستبدال. لديها وقت استجابة سريع ويمكنها قياس التغيرات الديناميكية في درجات الحرارة. ومع ذلك، لديها دقة واستقرار أقل مقارنة بمستشعرات أخرى. هي عرضة للخطأ بسبب التآكل والتاكسيد والتلوث أو الشيخوخة في الأسلاك. تحتاج إلى تقاطع مرجعي عند درجة حرارة معروفة لقياس دقيق. لديها إخراج غير خطي يتطلب معايرة معقدة أو تعويض.
لاختيار الزوج الحراري المناسب، يجب النظر في نطاق درجات الحرارة والدقة المطلوبة، والتوافق الكيميائي والمتانة للأسلاك، وحجم وشكل المسبار، والخصائص الكهربائية والعزل من الضوضاء، والأواني والتكلفة لنوع الأجهزة والمعدات.
تستخدم أزواج الحرارة في مجموعة واسعة من التطبيقات في مختلف الصناعات والقطاعات. بعض التطبيقات الشائعة لأزواج الحرارة هي صناعات الحديد والفولاذ، وأجهزة الغاز، ومستشعرات الإشعاع الحراري، والتصنيع، وإنتاج الطاقة، ومصانع المعالجة، وزوج الحرارة كمقياس فراغ.
