شرح أنواع المزدوجات الحرارية: النوع K، J، T، E، N، R، S وكيفية اختيار النوع المناسب

أ الحرارية هو مستشعر درجة الحرارة الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في التحكم في العمليات الصناعية وأنظمة التدفئة الكهربائية ومعدات التصنيع. مبدأ تشغيله واضح ومباشر: سلكان معدنيان مختلفان متصلان في أحد الطرفين (وصلة القياس) يولدان جهدًا صغيرًا يتناسب مع فرق درجة الحرارة بين وصلة القياس والنهاية المرجعية (وصلة القياس الباردة). يتم قياس هذا الجهد الكهربائي الحراري - تأثير سeebeck - بواسطة الجهاز المتصل، والذي يحول قراءة الجهد إلى قيمة درجة الحرارة بناءً على منحنى معايرة المزدوجة الحرارية القياسية لهذا النوع من المزدوجات الحرارية.

النقطة العملية الحاسمة للمهندسين ومصممي المعدات وفرق المشتريات هي أن "المزدوجة الحرارية" ليست منتجًا واحدًا - إنها مجموعة من أنواع أجهزة الاستشعار القياسية، يتم تحديد كل منها بواسطة زوج معين من أسلاك السبائك ولكل منها نطاق درجة حرارة مميز، وحساسية الإخراج، والتوافق الكيميائي، وملف الدقة. إن تحديد المزدوجة الحرارية لتطبيق التدفئة الصناعية يعني اختيار النوع الصحيح لنطاق درجة الحرارة، وبيئة العملية، ومتطلبات الدقة - يؤدي اختيار النوع الخاطئ إلى قراءات غير دقيقة لدرجة الحرارة أو فشل مبكر في المستشعر، وكلاهما يؤدي إلى انخفاض جودة العملية وزيادة تكلفة الصيانة.

يشرح هذا الدليل الأنواع الرئيسية للمزدوجات الحرارية الموحدة، ويقارن معلمات الأداء الرئيسية الخاصة بها، ويوفر إطارًا عمليًا لمطابقة نوع المزدوجات الحرارية مع متطلبات التطبيق.

كيف يتم توحيد أنواع المزدوجات الحرارية

يتم توحيد أنواع المزدوجات الحرارية عالميًا - يحدد معيار IهC 60584 الجداول المرجعية (علاقات المجالات الكهرومغناطيسية مقابل علاقات درجة الحرارة) لأنواع المزدوجات الحرارية الرئيسية المعينة بالحروف المستخدمة عالميًا. AنSI/ASتM E230 هو المعيار الأمريكي المكافئ، وDIN EN 60584 هو المعيار الأوروبي الموحد. يتم تحديد كل نوع من المزدوجات الحرارية بحرف كبير واحد (ك، ج، T، E، N، ر، S، ب، C) يحدد زوج السبائك المحدد المستخدم لموصليه. نظرًا لأن تسميات الحروف والجداول المرجعية موحدة دوليًا، فإن المزدوج الحراري من النوع K من إحدى الشركات المصنعة والمزدوجة الحرارية من النوع K من الشركة المصنعة الأخرى قابلان للتبديل في نفس جهاز درجة الحرارة - طالما تم تصنيعهما وفقًا لجدول المعايرة القياسي.

داخل كل نوع من المزدوجات الحرارية، يتم تحديد تفاوتات الدقة في فئتين أو ثلاث فئات (الفئة 1، والفئة 2، والفئة 3 وفقًا للمواصفة IEC 60584-2)، حيث تكون الفئة 1 هي أشد درجات التسامح وتنطبق الفئة 3 على نطاقات درجات الحرارة المنخفضة. يجب أن تتوافق الفئة المحددة مع متطلبات الدقة للعملية - يؤدي تحديد الفئة 1 حيث تكون الفئة 2 كافية إلى إضافة تكلفة غير ضرورية؛ يؤدي استخدام الفئة 2 في عملية دقيقة حيث تكون هناك حاجة إلى الفئة 1 إلى التحكم غير الدقيق في درجة الحرارة.

الأنواع الرئيسية للمزدوجات الحرارية: الخصائص والتطبيقات

النوع K (كروميل / ألوميل)

النوع K هو نوع المزدوجات الحرارية الأكثر استخدامًا على مستوى العالم - فهو يجمع بين نطاق درجة الحرارة الواسع والدقة الكافية ومقاومة الأكسدة الجيدة والتكلفة المنخفضة مما يجعله المواصفات الافتراضية لغالبية تطبيقات قياس درجة الحرارة الصناعية حيث لا توجد خاصية محددة من نوع آخر مطلوبة.

نطاق درجة الحرارة: -200 درجة مئوية إلى 1260 درجة مئوية (الخدمة المستمرة حتى 1100 درجة مئوية موصى بها لأجهزة قياس الأسلاك المستخدمة عادة في المزدوجات الحرارية الصناعية). حساسية الإخراج حوالي 41 ميكروفولت/درجة مئوية عند 500 درجة مئوية.

سبائك الأسلاك: موصل إيجابي — كروميل (حوالي 90% نيكل، 10% كروم)؛ موصل سلبي - الألوميل (حوالي 95% نيكل، 2% منجنيز، 2% ألومنيوم، 1% سيليكون).

نقاط القوة: نطاق درجة حرارة واسعة. مقاومة جيدة للأجواء المؤكسدة. معايرة مستقرة على مدى فترات الخدمة الطويلة في البيئات النظيفة؛ خطية جيدة عبر معظم نطاقها؛ أقل تكلفة للأنواع الشائعة؛ توافر أوسع للأدوات المتوافقة والموصلات وأسلاك التمديد.

القيود: عرضة للتآكل "العفن الأخضر" في الأجواء منخفضة الأكسجين والمحتوية على الكبريت - يتأكسد الكروم الموجود في الموصل الموجب بشكل انتقائي في هذه الظروف، مما يتسبب في انحراف المعايرة. غير مناسب للاستخدام في البيئات المختزلة أو الكبريتية أو المفرغة بدون حماية. يعرض التباطؤ في نطاق 300-600 درجة مئوية (تأثير دورة المعايرة البسيطة).

الأفضل لـ: قياس درجة حرارة العمليات الصناعية العامة؛ سطح عنصر التسخين الكهربائي ومراقبة درجة حرارة العملية؛ التحكم في درجة حرارة الفرن والفرن. معالجة البلاستيك (قولبة الحقن، البثق) ودرجة حرارة البرميل والعداء الساخن؛ معدات تجهيز وتجفيف الأغذية؛ أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء ومعالجة الهواء؛ أي تطبيق صناعي قياسي حيث لا تتطلب متطلبات الملكية المحددة نوعًا آخر.

النوع J (حديد / قسنطينة)

كان النوع J واحدًا من أقدم أنواع المزدوجات الحرارية الموحدة ولا يزال يستخدم على نطاق واسع، خاصة في المعدات الصناعية الموجودة حيث كانت المواصفات الأصلية، ويحافظ الاستبدال على توافق المعايرة.

نطاق درجة الحرارة: -40 درجة مئوية إلى 750 درجة مئوية (نطاق أعلى محدود مقارنة بالنوع K؛ فوق 760 درجة مئوية، يتأكسد موصل الحديد بسرعة). تبلغ حساسية الخرج حوالي 55 ميكروفولت/درجة مئوية عند 300 درجة مئوية — حساسية أعلى قليلاً من النوع K في نطاق عمله.

سبائك الأسلاك: موصل إيجابي - الحديد. موصل سلبي - كونستانتان (سبائك النحاس والنيكل، حوالي 55٪ نحاس، 45٪ نيكل).

نقاط القوة: حساسية إخراج أعلى من النوع K في نطاق درجات الحرارة المنخفضة إلى المتوسطة؛ مناسبة للاستخدام في الأجواء المختزلة أو الفراغية (حيث يكون موصل الكروم من النوع K مشكلة)؛ مدعومة على نطاق واسع بالأجهزة الصناعية القديمة؛ تكلفة أقل من أنواع المعادن النبيلة.

القيود: يصدأ موصل الحديد في البيئات الرطبة - غير مناسب للاستخدام غير المحمي في الظروف الرطبة أو الرطبة بدون غلاف حماية من الفولاذ المقاوم للصدأ؛ يتأكسد بسرعة فوق 760 درجة مئوية؛ عمر خدمة أقصر من النوع K في البيئات المؤكسدة عند درجات حرارة معتدلة بسبب أكسدة الحديد؛ يتم استبداله تدريجيًا بالنوع N في التطبيقات الجديدة.

الأفضل لـ: العمليات الصناعية ذات درجات الحرارة المنخفضة إلى المتوسطة؛ تطبيقات تقليل أو تفريغ الغلاف الجوي؛ الاستبدال في المعدات الموجودة المحددة أصلاً بالنوع J؛ معدات قولبة حقن البلاستيك (المواصفات التاريخية)؛ أفران المعالجة الحرارية والتليين التي تعمل بدرجة حرارة أقل من 750 درجة مئوية.

النوع T (نحاس / قسنطينة)

النوع T مناسب خصيصًا لقياس درجات الحرارة المنخفضة والمبردة - حيث تعمل مجموعة سبائك النحاس والكونستانتان الخاصة به بشكل موثوق عند درجات حرارة تصل إلى -270 درجة مئوية (مبردة) بينما تكون أيضًا مناسبة للاستخدام حتى 350 درجة مئوية في التطبيقات الصناعية القياسية.

نطاق درجة الحرارة: -270 درجة مئوية إلى 400 درجة مئوية. حساسية الإخراج حوالي 46 ميكروفولت/درجة مئوية عند 100 درجة مئوية.

سبائك الأسلاك: موصل إيجابي – النحاس. موصل سلبي - قسطنطين.

نقاط القوة: دقة واستقرار ممتازين في درجات الحرارة المنخفضة؛ مناسبة للتطبيقات المبردة. مقاومة للرطوبة والتآكل الخفيف. استقرار جيد في كل من الأجواء المؤكسدة والمختزلة؛ أعلى دقة لأنواع المزدوجات الحرارية المعدنية الأساسية في نطاق -200 درجة مئوية إلى 350 درجة مئوية.

القيود: الحد الأعلى لدرجة الحرارة وهو 400 درجة مئوية يقيد الاستخدام في التطبيقات ذات درجات الحرارة المنخفضة؛ يتمتع الموصل النحاسي بموصلية حرارية عالية، مما قد يسبب أخطاء في التوصيل في التطبيقات ذات التدرجات الحادة في درجات الحرارة.

الأفضل لـ: قياس درجات الحرارة المنخفضة ودرجات الحرارة المنخفضة؛ تبريد الأغذية ومراقبة درجة حرارة الفريزر؛ مراقبة سلسلة التبريد الصيدلانية؛ التطبيقات المخبرية والعلمية التي تتطلب الدقة في درجات الحرارة المنخفضة؛ استشعار درجة الحرارة المقاومة للرطوبة في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) وأنظمة التشغيل الآلي للمبنى.

النوع E (كروميل / كونستانتان)

يتمتع النوع E بأعلى حساسية للإخراج (EMF لكل درجة) من أي نوع من أنواع المزدوجات الحرارية القياسية الشائعة - حوالي 68 ميكروفولت/درجة مئوية عند 300 درجة مئوية - مما يجعله الخيار الأفضل للتطبيقات التي تتطلب أقصى قوة للإشارة لتقليل متطلبات حساسية الجهاز أو حيث يجب حل الاختلافات الصغيرة في درجات الحرارة بدقة.

نطاق درجة الحرارة: -200 درجة مئوية إلى 900 درجة مئوية. غير مغناطيسية (كلا الموصلات عبارة عن سبائك غير مغناطيسية).

سبائك الأسلاك: موصل إيجابي - كروميل. موصل سلبي - قسطنطين.

نقاط القوة: أعلى حساسية لأنواع المعادن الأساسية القياسية؛ البناء غير المغناطيسي مهم في التطبيقات القريبة من المجالات المغناطيسية القوية؛ مقاومة جيدة للأكسدة. معايرة مستقرة.

القيود: غير مناسب لتقليل أو تفريغ الأجواء (موصل كروميل)؛ أقل توافرًا على نطاق واسع من النوع K أو J في بعض الأسواق؛ تكلفة أعلى بشكل هامشي من النوع K.

الأفضل لـ: أpplications requiring maximum sensitivity at low temperature differences; magnetic field environments where iron-conductor types are unsuitable; sub-zero temperature measurement with high sensitivity.

النوع N (نيكروسيل / نيسيل)

تم تطوير النوع N كبديل عالي الثبات للنوع K، حيث يعالج بعض القيود المعروفة لاستقرار المعايرة في النوع K عند درجات الحرارة المرتفعة. ويستخدم سبائك تم تصميمها خصيصًا لتقليل آليات انحراف المعايرة (الطلب قصير المدى، والأكسدة الانتقائية) التي تؤثر على النوع K فوق 300 درجة مئوية.

نطاق درجة الحرارة: -200 درجة مئوية إلى 1300 درجة مئوية. حساسية الإخراج حوالي 39 ميكروفولت/درجة مئوية عند 600 درجة مئوية.

نقاط القوة: استقرار معايرة أفضل على المدى الطويل من النوع K عند درجات حرارة أعلى من 300 درجة مئوية؛ مقاومة أفضل للأكسدة في درجات الحرارة العالية مقارنة بالنوع K؛ أكثر مقاومة للتباطؤ في نطاق 300-600 درجة مئوية.

الأفضل لـ: العمليات الصناعية ذات درجات الحرارة المرتفعة حيث يعد استقرار المعايرة على المدى الطويل أمرًا بالغ الأهمية؛ استبدال النوع K في التطبيقات التي يكون فيها الانجراف مشكلة صيانة متكررة؛ الأفران والأفران التي تعمل في نطاق 600-1200 درجة مئوية.

النوع R والنوع S (بلاتينيوم روديوم / بلاتينيوم)

النوعان R وS عبارة عن مزدوجات حرارية من المعادن النبيلة - وكلاهما يستخدم سبائك أساسها البلاتين (النوع R: 13% روديوم/بلاتين موجب؛ النوع S: 10% روديوم/بلاتين موجب؛ وكلاهما يستخدم موصل سلبي من البلاتين النقي). يمنحها هيكلها المعدني النبيل خصائص الثبات والدقة التي لا يمكن لأنواع المعادن الأساسية أن تطابقها، وبتكلفة أعلى بكثير.

نطاق درجة الحرارة: من 0 درجة مئوية إلى 1600 درجة مئوية (النوع R وS). النوع B (30% Rh/Pt / 6% Rh/Pt) يمتد إلى 1700 درجة مئوية.

نقاط القوة: القدرة على تحمل درجات حرارة عالية تصل إلى 1600 درجة مئوية؛ استقرار معايرة ممتاز في درجات حرارة مرتفعة؛ دقة عالية (تسامح الفئة 1 ±1 درجة مئوية أو 0.25%)؛ مناسبة للاستخدام في الأجواء المؤكسدة والخاملة. يستخدم مقياس درجة الحرارة الدولي ITS-90 النوع S كأحد أدوات الاستيفاء المحددة بين 630.74 درجة مئوية و1064.43 درجة مئوية.

القيود: تكلفة عالية جدًا (تكلفة سبائك البلاتين والروديوم)؛ حساسية منخفضة للإخراج (حوالي 10 ميكروفولت/درجة مئوية عند 1000 درجة مئوية - تتطلب أجهزة حساسة)؛ عرضة للتلوث من الغازات المختزلة والأبخرة المعدنية (يجب حمايتها بأغلفة من السيراميك أو البلاتين في معظم البيئات الصناعية)؛ هشة - لا يمكن استخدامها بدون حماية في بيئات الصدمات أو الاهتزازات الميكانيكية.

الأفضل لـ: أفران تصنيع الزجاج؛ أفران السيراميك؛ معالجة المعادن الثمينة؛ معايير معايرة المختبرات؛ أي عملية ذات درجة حرارة عالية تتجاوز قدرة أنواع المعادن الأساسية حيث تبرر دقة القياس علاوة التكلفة.

جدول مقارنة النوع الحراري

البناء الحراري: الأسلاك العارية، والمعزولة المعدنية، والأنواع المجمعة

بعيدًا عن نوع السبيكة، يحدد البناء المادي للتجميع المزدوج الحراري سرعة استجابته وقوته الميكانيكية وملاءمته لبيئات التثبيت المختلفة:

المزدوجات الحرارية الأسلاك العارية هي أبسط أشكال - يتم لحام السلكين المزدوجين الحراريين عند طرف القياس ويتم تشغيلهما بدون حماية أو مع عزل خزفي أساسي. تتميز بأسرع استجابة حرارية (لا توجد كتلة حماية بين الطرف والوسط المُقاس) وتُستخدم في التطبيقات التي تكون فيها الاستجابة السريعة أمرًا بالغ الأهمية، ولا تتطلب البيئة حماية ميكانيكية - قياس درجة حرارة تيار الغاز، وتطبيقات الأبحاث، ومراقبة العمليات قصيرة العمر.

المزدوجات الحرارية المغلفة بالمعدن المعزول (MIMS). (وتسمى أيضًا المزدوجات الحرارية MI أو الكابلات المعزولة بالمعادن) تتكون من أسلاك مزدوجة حرارية معبأة في مسحوق معدني من أكسيد المغنيسيوم (MgO) داخل غلاف معدني غير ملحوم (الفولاذ المقاوم للصدأ، أو إنكونيل، أو سبائك أخرى). يوفر عزل MgO عزلًا كهربائيًا بين الموصلات والغلاف، بينما يوفر الغلاف المعدني الحماية الميكانيكية والمقاومة الكيميائية. المزدوجات الحرارية MIMS هي البناء الصناعي القياسي - فهي قوية ومقاومة للاهتزاز ومتوفرة بأقطار صغيرة (1-12 مم OD)، ويمكن ثنيها في هندسة التركيب المعقدة. متوفر بوصلة قياس مؤرضة (ملحومة بالغلاف للحصول على استجابة أسرع)، أو غير مؤرضة (معزولة عن الغلاف للعزل الكهربائي)، أو مكشوفة (تبرز خارج الغلاف للحصول على أسرع استجابة).

المزدوجات الحرارية المثبتة على Thermowell أدخله في بئر حراري مثبت بشكل منفصل (أنبوب مغلق مثبت في وعاء العملية أو الأنبوب) بدلاً من الاتصال بالوسيط المقاس مباشرة. يحمي البئر الحراري المزدوجة الحرارية من تآكل التدفق والضغط والهجوم الكيميائي، ويسمح بإزالة المزدوجة الحرارية واستبدالها دون إيقاف العملية. استجابة حرارية أبطأ قليلاً من أنواع الغمر المباشر، ولكنها ضرورية لتطبيقات العمليات ذات الضغط العالي والسرعة العالية.

الأسئلة المتداولة

هل يمكنني استبدال المزدوجة الحرارية من النوع K بنوع N دون تغيير أي شيء آخر؟

يمكنك استبدال المزدوجة الحرارية من النوع K بأخرى من النوع N ميكانيكيًا — يمكن أن تكون الأبعاد الفيزيائية للمزدوجة الحرارية متطابقة. ومع ذلك، تختلف جداول المعايرة للنوع K والنوع N (فهي تنتج قيم EMF مختلفة في نفس درجة الحرارة)، مما يعني أنه يجب إعادة تكوين أداة درجة الحرارة المتصلة بالمزدوجة الحرارية لإدخال النوع N لعرض درجة الحرارة الصحيحة. إذا تم ضبط الجهاز على النوع K وتم توصيل مزدوج حراري من النوع N، فستكون درجة الحرارة المعروضة خاطئة، وعادةً ما تكون القراءة أقل ببضع درجات من الحرارة الفعلية في درجات الحرارة المرتفعة. قم دائمًا بإعادة تكوين الجهاز وسلك التمديد (سلك التمديد من النوع N مطلوب للمزدوجات الحرارية من النوع N) عند تغيير نوع المزدوجات الحرارية.

ما هو الفرق بين الأسلاك الحرارية وأسلاك التمديد الحرارية؟

سلك المزدوج الحراري هو سبيكة الاستشعار الفعلية المستخدمة عند طرف القياس - يجب أن يكون زوج السبائك الصحيح لنوع المزدوج الحراري المحدد (كروميل/ألوميل للنوع K، وما إلى ذلك) ويجب أن يمتد بشكل مستمر من تقاطع القياس إلى الوصلة المرجعية (طرف الجهاز) دون إدخال تقاطع معدني مختلف بينهما. يتم استخدام سلك التمديد (يُسمى أيضًا كبل التعويض للأنواع ذات الدرجة المنخفضة) لتشغيل إشارة المزدوجة الحرارية من رأس المزدوجة الحرارية إلى الجهاز عبر مسافات طويلة بتكلفة أقل - فهو يستخدم سبائك مختارة لتتوافق بشكل وثيق مع الخواص الكهروحرارية للسبائك الحرارية الأصلية ضمن نطاق درجة الحرارة المحيطة لتشغيل الأسلاك (عادةً 0-200 درجة مئوية). يؤدي استخدام سلك نحاسي عادي أو نوع سلك تمديد خاطئ بين المزدوج الحراري والجهاز إلى حدوث خطأ في القياس عند نقطة الاتصال وينتج عنه قراءات غير صحيحة لدرجة الحرارة.

كيف أعرف متى تحتاج المزدوجة الحرارية إلى الاستبدال؟

لفشل المزدوجات الحرارية وتدهورها عدة مؤشرات يمكن تحديدها: فشل مفاجئ في الدائرة المفتوحة (يعرض الجهاز قراءة الخطأ، وعادةً ما يكون الحد الأقصى للمقياس أو رمز الخطأ - انكسر سلك المزدوجة الحرارية عند نقطة متآكلة أو مضغوطة ميكانيكيًا)؛ انحراف المعايرة التدريجي (تختلف قراءة الجهاز بشكل متزايد عن القياس المرجعي - لقد تغير تركيب السبائك الحرارية من خلال الأكسدة أو التلوث أو نمو الحبوب عند درجة حرارة مرتفعة)؛ القراءات المتقطعة التي تتغير بشكل متقطع (انقطاع جزئي في السلك المزدوج الحراري الذي يجعل الاتصال بالحركة ويقطعه - يؤدي إلى قفز قراءات الجهاز أو تذبذبها). الاستبدال المجدول استنادًا إلى عمر الخدمة الموصى به من قبل الشركة المصنعة لدرجة حرارة التثبيت والبيئة، بدلاً من التشغيل حتى الفشل، يمنع حدوث انقطاع غير متوقع في التحكم في العملية بسبب فشل المزدوجات الحرارية أثناء الإنتاج.

المزدوجات الحرارية من عنصر التدفئة الكهربائية Xinghua Yading

شركة شينغهوا يادينغ لعنصر التدفئة الكهربائية المحدودة تقوم شركة Xinghua، Jiangsu، بتصنيع المزدوجات الحرارية الصناعية من النوع K، والنوع J، والنوع T، والنوع E، والنوع N، وأنواع المعادن النبيلة، في تكوينات معزولة معدنية (MIMS) ومجمعة. تشتمل مواد الغلاف على الفولاذ المقاوم للصدأ 304/316، وInconel 600/601، وسبائك أخرى للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية والبيئات المسببة للتآكل. تتوفر تكوينات طرفية قياسية ومخصصة، وأقطار غمد من 1 مم إلى 12 مم، وأنواع رؤوس التوصيل. التجميعات الحرارية لأنظمة التدفئة الكهربائية، ومعدات القولبة بالحقن، والأفران الصناعية، والتحكم في درجة حرارة العمليات. تصنيع المعدات الأصلية للمواصفات المخصصة والتكوينات الخاصة بالتطبيقات.

اتصل بنا وأخبرنا بنطاق درجة حرارة التطبيق الخاص بك، وبيئة العملية، وفئة الدقة المطلوبة، ومواد الغلاف، والتكوين الميكانيكي لتلقي توصية وعروض أسعار بشأن مواصفات المزدوجات الحرارية.

المنتجات ذات الصلة: الحرارية | سخان خرطوشة | سخان الفرقة | سخان عداء ساخن | سخان الغمر