شرح الأسلاك الحرارية: المبدأ، والأجزاء، والأنواع، والاختيار

ما هو سلك المزدوجة الحرارية؟

سلك المزدوجة الحرارية هو مستشعر درجة حرارة مصنوع عن طريق توصيل معدنين غير متشابهين. عندما يتم تسخين هذين المعدنين أو تبريدهما، يولدان جهدًا صغيرًا يُعرف بالتأثير الكهروحراري الذي يرتبط مباشرةً بالفرق في درجة الحرارة بين الوصلتين. ويمكن بعد ذلك قياس هذا الجهد وتحويله إلى قراءة لدرجة الحرارة.

تُستخدم الأسلاك المزدوجة الحرارية على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية والعلمية والتجارية حيث تكون المراقبة الدقيقة لدرجة الحرارة أمرًا بالغ الأهمية. وهي شائعة بشكل خاص في العمليات التي تتطلب التحكم في درجة الحرارة العالية، مثل الأفران والأفران والمحركات. يتم استخدام أنواع مختلفة من المزدوجات الحرارية اعتمادًا على نطاق درجة الحرارة والاحتياجات المحددة للتطبيق - وهو موضوع سنستكشفه بمزيد من التفصيل لاحقًا.

مبدأ عمل سلك المزدوجة الحرارية

إن المبدأ الأساسي وراء تشغيل الأسلاك المزدوجة الحرارية هو تأثير سيبيك، وهي ظاهرة يتولد فيها جهد كهربائي عندما يتصل معدنان غير متشابهين معًا عند وصلتين تتعرضان لدرجات حرارة مختلفة. يمكن تقسيم هذه العملية إلى أربع خطوات رئيسية، بدءًا من إنشاء الوصلات إلى القراءة النهائية لدرجة الحرارة، كما هو موضح أدناه:

1. الوصلات الساخنة والباردة: توضع إحدى وصلات السلك المزدوج الحراري عند نقطة القياس (الوصلة الساخنة)، ويوضع الطرف الآخر عند درجة حرارة مرجعية (الوصلة الباردة أو "الوصلة المرجعية").
2. توليد الجهد: نظرًا لتعرض المعدنين غير المتشابهين لاختلافات في درجة الحرارة، يتم توليد جهد صغير عند الوصلة. يرتبط هذا الجهد مباشرةً بالفرق في درجة الحرارة بين طرفي السلك.
3. قياس الجهد: يتم قياس هذا الجهد بعد ذلك بواسطة جهاز (على سبيل المثال، مقياس الفولتميتر أو مقياس المزدوجة الحرارية)، وبناءً على هذا الجهد، يتم حساب درجة حرارة الوصلة الساخنة.
4. الإخراج: يختلف الجهد المتولد اعتمادًا على أنواع المعادن المستخدمة، ويستخدم ذلك لتحديد درجة الحرارة عند الوصلة الساخنة.

[1]

مزيد من القراءة: موجب أم سالب؟ دليل المبتدئين لتحديد أسلاك المزدوجة الحرارية

شرح أجزاء سلك المزدوجة الحرارية

يتكون سلك المزدوجة الحرارية النموذجي من عدة مكونات رئيسية:

1. الأسلاك الموصلة: تُصنع الأسلاك نفسها من معدنين مختلفين يتم اختيارهما لخصائصهما الكهروحرارية. وتشمل المواد الشائعة ما يلي:
• النحاس ( للمزدوجات الحرارية من النوع T)
• النيكل والكروم والنيكل والألومنيوم ( للمزدوجات الحرارية من النوع K)
• البلاتين والروديوم ( للمزدوجات الحرارية من النوع R وS وB)
2. الوصلات: يوجد تقاطعان في دائرة المزدوجة الحرارية:
• الوصلة الساخنة: طرف القياس حيث يتم استشعار درجة الحرارة.
• الوصلة الباردة (أو الوصلة المرجعية): طرف المزدوجة الحرارية الذي يتم الاحتفاظ به عند درجة حرارة مرجعية معروفة.
3. العزل: لحماية الأسلاك ومنع حدوث دوائر كهربائية قصيرة، غالبًا ما يتم عزل أسلاك المزدوجة الحرارية بمواد مثل الألياف الزجاجية أو التفلون أو الطلاء الخزفي. ويضمن العزل أيضًا الحصول على قراءات دقيقة من خلال منع الأسلاك من التلامس مع بعضها البعض.
4. الغلاف الواقي: يتم وضعبعض أسلاك المزدوجة الحرارية في غلاف واقي مصنوع من مواد مثل الفولاذ المقاوم للصدأ للحماية من التلف المادي والتعرض للمواد الكيميائية، مما يضمن بقاء السلك سليمًا في البيئات القاسية.

أنواع المزدوجات الحرارية

صُممت أسلاك المزدوجة الحرارية خصيصًا لتتناسب مع نوع المزدوجة الحرارية المستخدمة معها، حيث يتوافق كل نوع مع مجموعة فريدة من المعادن ونطاقات درجات الحرارة. تتضمن بعض الأنواع الأكثر شيوعًا ما يلي:

1. النوع K (كروميل ألوميل): هذا هو أكثر أنواع المزدوجات الحرارية استخدامًا، وهو معروف بتعدد استخداماته وموثوقيته. وله نطاق واسع لدرجات الحرارة، عادةً من -270 درجة مئوية إلى 1372 درجة مئوية، ويستخدم عادةً في التطبيقات الصناعية.
2. النوع J (Iron-Constantan): تعتبر المزدوجات الحرارية من النوع J مناسبة لدرجات الحرارة من -40 درجة مئوية إلى 750 درجة مئوية، وتُستخدم عادةً في قياس درجات الحرارة للأغراض العامة.
3. النوع T (نحاس-كونستانتان): وهي مثالية لقياسات درجات الحرارة المنخفضة، ويتراوح نطاقها من -200 درجة مئوية إلى 350 درجة مئوية. وغالبًا ما تستخدم في صناعات التبريد ومعالجة الأغذية.
4. النوع R (بلاتينيوم-روديوم): تُستخدم المزدوجات الحرارية من النوع R لقياسات درجات الحرارة العالية، عادةً ما بين 0 درجة مئوية إلى 1600 درجة مئوية. وهي عالية الدقة وتستخدم عادةً في التطبيقات العلمية.
5. النوع S (بلاتينيوم-روديوم): مشابهة للنوع R ولكن بنسب مختلفة من البلاتين والروديوم. تُستخدم للقياسات عالية الدقة في المختبرات.
6. النوع B (بلاتينيوم-روديوم): معروف بقياس درجات الحرارة العالية جداً، بمدى يصل إلى 1700 درجة مئوية. يشيع استخدام النوع B في التطبيقات الصناعية ذات درجات الحرارة العالية، مثل مراقبة الأفران.
7. النوع E (كروميل-كونستانتان): تُعد المزدوجات الحرارية من النوع E مفيدة في قياسات درجات الحرارة المنخفضة بفضل الخرج العالي، ويمتد مداها من -200 درجة مئوية إلى 900 درجة مئوية.
8. النوع N (N (Nicrosil-Nisil): يتميز هذا النوع من المزدوجات الحرارية بثبات محسن ومقاومة للأكسدة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات الصناعية عالية الدقة. تتراوح درجة حرارتها من -200 درجة مئوية إلى 1300 درجة مئوية.

كيفية اختيار سلك المزدوجة الحرارية

عند شراء الأسلاك المزدوجة الحرارية، من المهم اختيار النوع المناسب لتطبيقك المحدد. سواء كنت تعمل في مجال الصناعة أو الأبحاث أو المختبرات، فإن اختيار سلك مزدوج حراري عالي الجودة يضمن لك الدقة وطول العمر في قياسات درجة الحرارة.

• نطاق درجة الحرارة: تأكد من أن السلك المزدوج الحراري الذي تشتريه يحتوي على نطاق درجة الحرارة المناسب لاحتياجاتك الخاصة.
• المادة: اختر سلكًا مزدوجًا حراريًا مصنوعًا من مواد مناسبة للبيئة التي سيُستخدم فيها. على سبيل المثال، بالنسبة للبيئات ذات درجات الحرارة العالية، اختر المزدوجة الحرارية من النوع K أو النوع S.
• العزل والتغليف: اعتمادًا على الظروف (على سبيل المثال، التعرض للمواد الكيميائية أو الرطوبة العالية أو درجات الحرارة القصوى)، اختر العزل المناسب والتغليف الواقي.
• الدقة: تأكد من أن السلك مصنف لمستوى الدقة المطلوبة للاستخدام الخاص بك.

من خلال الاختيار الدقيق للأسلاك المزدوجة الحرارية التي تلبي المتطلبات المحددة لتطبيقك، يمكنك ضمان قياسات موثوقة ودقيقة لدرجات الحرارة في أي بيئة. توفر Stanford Advanced Materials (SAM) مجموعة شاملة من الأسلاك المزدوجة الحرارية المتميزة، بما في ذلك أسلاك المزدوجة الحرارية من البلاتين والروديوم (Pt-Rh) والنوع J والنوع K وأسلاك سبائك التنجستن والرينيوم. للحصول على معلومات مفصلة عن عروضنا ومواصفات الأسلاك الحرارية المزدوجة، يُرجى التواصل معنا لاستكشاف كتالوج منتجاتنا الكامل.

المرجع:

[1] ليتور، ريموند. (2018). تقنيات التحقق في الموقع للمزدوجات الحرارية متعددة النقاط في أوعية الضغط. 10.13140/RG.2.2.20703.30885.