الأسلاك المزدوجة الحرارية 101 الأنواع والتطبيقات والخصائص
تعد المزدوجات الحرارية من بين أكثر أجهزة استشعار درجة الحرارة استخدامًا على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية والعلمية والمنزلية، حيث تقدم مجموعة واسعة من قياسات درجة الحرارة. في قلب هذه الأجهزة توجد أسلاك المزدوجة الحرارية، وهي ضرورية لاستشعار درجة الحرارة وقياسها. تتناول هذه المقالة أساسيات أسلاك المزدوجات الحرارية، بما في ذلك أنواعها وتطبيقاتها وخصائصها الرئيسية.
فهم أسلاك المزدوجة الحرارية
تتكون المزدوجة الحرارية من سلكين معدنيين غير متشابهين متصلين في أحد طرفيها، والمعروف باسم وصلة القياس. عندما يتم تسخين وصلة القياس أو تبريدها، فإنها تولد جهدًا كهربائيًا حراريًا يمكن ربطه بدرجة الحرارة. يتم توصيل الطرف الآخر، حيث لا يتم توصيل الأسلاك، بالأجهزة التي تقرأ هذا الجهد. يُستخدم الفرق في درجة الحرارة بين وصلة القياس والنقطة المرجعية (عادةً في الجهاز) لتحديد درجة الحرارة الفعلية عند وصلة القياس.
ما الأسلاك المستخدمة في المزدوجات الحرارية؟
يتم تصنيف أسلاك المزدوجات الحرارية إلى أنواع بناءً على السبائك المعدنية المستخدمة في الأسلاك. يتم تحديد كل نوع بحرف وله نطاقات درجة حرارة وبيئات محددة حيث يكون أداؤه أفضل.
النوع K (كروميل ألوميل):
أكثر المزدوجات الحرارية شيوعًا، وهي مناسبة للاستخدام العام في الأجواء المؤكسدة أو الخاملة، وتتراوح درجة حرارتها من -200 درجة مئوية إلى +1260 درجة مئوية.
الرصاص الموجب: الكروميل (سبيكة النيكل والكروم)
الرصاص السالب: ألوميل (سبيكة نيكل-ألومنيوم)
النوع J (حديد-كونستانتان):
مفضل للتفريغ أو الاختزال أو الأجواء الخاملة، مع نطاق من -40 درجة مئوية إلى +750 درجة مئوية.
الرصاص الموجب: الحديد
الرصاص السالب: كونستانتان (سبيكة نحاس-نيكل)
النوع T (نحاس-كونستانتان):
مثالي للتطبيقات ذات درجات الحرارة المنخفضة في الأجواء المؤكسدة أو المختزلة أو الخاملة، ويعمل من -200 درجة مئوية إلى +350 درجة مئوية.
الرصاص الموجب: النحاس
الرصاص السالب: كونستانتان (سبيكة نحاس-نيكل)
النوع E (كروميل-كونستانتان):
يتميز بإخراج عالٍ ونطاق درجة حرارة يتراوح بين -50 درجة مئوية إلى +900 درجة مئوية، وهو مناسب لمختلف البيئات.
الرصاص الموجب: كروميل (سبيكة نيكل-كروم)
رصاص سالب: كونستانتان (سبيكة نحاس-نيكل)
النوع N (نيكروسيل-نيسيل):
مشابه للنوع K ولكنه أكثر ثباتًا ومقاومة للأكسدة في درجات الحرارة العالية، ومناسب لدرجات حرارة -270 درجة مئوية إلى +1300 درجة مئوية.
الرصاص الموجب: نيكروسيل (سبيكة نيكل-كروم-سيليكون)
الرصاص السالب: نيسيل (سبيكة نيكل-سيليكون)
النوع S وR وB (بلاتينيوم الروديوم):
تُستخدم هذه الأنواع للتطبيقات ذات درجات الحرارة المرتفعة، مما يوفر ثباتًا ومقاومة للأكسدة في درجات حرارة تصل إلى +1700 درجة مئوية للنوعين S وR، وحتى +1800 درجة مئوية للنوع B.
الرصاص الموجب للنوعين S وR: سبيكةبلاتينيوم-روديوم (يحتوي النوع S على 10% روديوم، والنوع R على 13% روديوم)
الرصاص السالب للنوعين S و R: البلاتين
رصاص موجب للنوع B: بلاتينيوم-30% روديوم
الرصاص السالب للنوع B: بلاتينيوم -6٪ روديوم
|
النوع |
كود ANSI |
+ رصاص |
- الرصاص |
نطاق درجة الحرارة |
الملاحظات |
|
K |
النوع K |
الكروميل (Ni-Cr) |
ألوميل (Ni-Al) |
-200 درجة مئوية إلى +1260 درجة مئوية |
متعدد الاستخدامات ومناسب للاستخدام العام. جيد في الأجواء المؤكسدة أو الخاملة. |
|
J |
النوع J |
الحديد (Fe) |
كونستانتان (نحاس-ني) |
-40 درجة مئوية إلى +750 درجة مئوية |
يستخدم في الأجواء المفرغة أو المختزلة أو الخاملة. لا يوصى باستخدامه في البيئات المؤكسدة. |
|
T |
النوع T |
النحاس (النحاس) |
كونستانتان (نحاس-ني) |
-200 درجة مئوية إلى +350 درجة مئوية |
ممتاز للاستخدامات في درجات الحرارة المنخفضة. جيد في البيئات الرطبة. |
|
E |
النوع E |
الكروم (Ni-Cr) |
كونستانتان (نحاس-ني) |
-50 درجة مئوية إلى +900 درجة مئوية |
خرج عالٍ، مناسب لمختلف التطبيقات. أفضل في درجات الحرارة الباردة. |
|
N |
النوع N |
نيكروسيل (Ni-Cr-Si) |
نيسيل (ني-سي) |
-270 درجة مئوية إلى +1300 درجة مئوية |
مشابه للنوع K ولكنه أكثر مقاومة للأكسدة في درجات الحرارة العالية. |
|
S |
النوع S |
بلاتينيوم 10٪ روديوم |
البلاتين (Pt) |
-50 درجة مئوية إلى +1760 درجة مئوية |
تطبيقات ذات درجة حرارة عالية، مستقرة ودقيقة. يُستخدم في المختبرات والعمليات الصناعية. |
|
R |
النوع R |
بلاتينيوم 13% روديوم |
البلاتين (Pt) |
-50 درجة مئوية إلى +1760 درجة مئوية |
مشابه للنوع S ولكن نطاق درجة حرارة أعلى قليلاً. يُستخدم في قياسات درجات الحرارة العالية. |
|
B |
النوع B |
بلاتينيوم 30% روديوم |
بلاتينيوم 6٪ روديوم |
من 0 درجة مئوية إلى +1820 درجة مئوية |
مناسب للاستخدامات ذات درجات الحرارة الأعلى بين المزدوجات الحرارية. لا يتأكسد بسهولة. |
يقدم هذا الجدول نظرة عامة سريعة على أنواع المزدوجات الحرارية الأكثر شيوعًا، مع تسليط الضوء على تركيبها ونطاقات درجات الحرارة والاستخدامات النموذجية. يعتمد اختيار المزدوجة الحرارية على المتطلبات المحددة للتطبيق، بما في ذلك نطاق درجة الحرارة والبيئة والدقة المطلوبة.
تطبيقات أسلاك المزدوجة الحرارية
تجد الأسلاك المزدوجة الحرارية تطبيقات في مختلف الصناعات نظرًا لتعدد استخداماتها ونطاق درجات الحرارة الواسع:
التصنيع الصناعي: لمراقبة درجات حرارة الأفران ودرجات حرارة المعادن المنصهرة والعمليات الصناعية الأخرى.
المستحضرات الصيدلانية: في أجهزة التعقيم وغيرها من المعدات التي تتطلب تحكمًا دقيقًا في درجة الحرارة.
الصناعات الغذائية: للأفران والشوايات ومعدات التبريد.
صناعة الطيران والسيارات: في اختبار المكونات والأنظمة تحت درجات الحرارة القصوى.
قطاع الطاقة: في محطات توليد الطاقة لمراقبة درجة حرارة الغلايات والتوربينات.
الخصائص الرئيسية للأسلاك المزدوجة الحرارية
عند اختيار سلك المزدوجات الحرارية، هناك العديد من الخصائص والاعتبارات المهمة:
نطاق درجة الحرارة: اختر نوع المزدوجة الحرارية الذي يناسب نطاق درجة الحرارة في تطبيقك.
البيئة: ضع في اعتبارك الجو (المؤكسد أو المختزل أو الخامل أو التآكل) الذي ستعمل فيه المزدوجة الحرارية.
الدقة والاستقرار: توفر الأنواع المختلفة درجات متفاوتة من الدقة والثبات. تعد الأنواع البلاتينية (S، R، B) أكثر استقرارًا ودقة ولكنها أيضًا أكثر تكلفة.
المتانة: يعتبر العمر الافتراضي لسلك المزدوجة الحرارية في البيئات القاسية من الاعتبارات المهمة.
التكلفة: يمكن أن تختلف التكلفة بشكل كبير بناءً على نوع المزدوجة الحرارية والمتطلبات المحددة للتطبيق.
معايير أسلاك المزدوجة الحرارية
تخضع أسلاك المزدوجات الحرارية واستخدامها لمعايير مختلفة تحدد المواد والتكوينات والتفاوتات ونطاقات درجات الحرارة لأنواع مختلفة من المزدوجات الحرارية. تضمن هذه المعايير أن يتم تصنيع المزدوجات الحرارية واستخدامها بطريقة توفر قياسات دقيقة وموثوقة لدرجات الحرارة في مختلف التطبيقات. تشمل المعايير الأساسية المرتبطة بأسلاك المزدوجات الحرارية ما يلي:
المعايير الدولية
IEC 60584: هذا هو معيار اللجنة الكهروتقنية الدولية الذي يحدد الفولتية الحرارية وعلاقات درجة الحرارة لجميع المزدوجات الحرارية الموحدة. ويغطي الجزء 1 من هذه المواصفة القياسية نطاقات درجات الحرارة وفئات التفاوت في درجات الحرارة للمزدوجات الحرارية، بينما يوفر الجزء 2 تفاوتات التمديد والتعويض للكابلات.
المواصفة القياسية astm e230/e230m: نشرت هذه المواصفة القياسية من قبل الجمعية الأمريكية للاختبار والمواد، وتوفر جداول القوة الدافعة الكهربائية (emf) لدرجة الحرارة لأنواع المزدوجات الحرارية القياسية وفقًا للنظام العرفي الأمريكي. كما تغطي أيضاً تسميات الحروف وتفاوتات التحمل والخصائص الأساسية الأخرى للمزدوجات الحرارية.
المعايير الوطنية
ANSI MC96.1: معيار المعهد الوطني الأمريكي للمعايير لمستشعرات درجة الحرارة، بما في ذلك المزدوجات الحرارية. يوفر إرشادات لاستخدام المزدوجات الحرارية وأدائها وحدود الخطأ فيها.
BS EN 60584: اعتمادالمعهد البريطاني للمعايير لمعيار IEC 60584، الذي يوفر العلاقة بين الجهد الحراري ودرجة الحرارة والتفاوتات المسموح بها للمزدوجات الحرارية.
DIN EN 60584: النسخة الألمانية من المواصفة القياسية IEC، التي اعتمدها المعهد الألماني للمعايير.
المواصفات القياسية اليابانية
JIS C 1602: هذه هي المعايير الصناعية اليابانية للمزدوجات الحرارية، وتحدد مواصفات الجهد الكهروحراري الحراري ونطاق درجة حرارة المزدوجات الحرارية المستخدمة في اليابان.
اعتبارات أخرى
بالإضافة إلى هذه المعايير، يجب أن تلتزم أسلاك المزدوجات الحرارية أيضًا بإرشادات محددة فيما يتعلق بالعزل وحجم السلك وبيئة الاستخدام (مثل نطاق درجة الحرارة والغلاف الجوي). يمكن أن تؤثر هذه العوامل على دقة المزدوجة الحرارية وزمن استجابتها وطول عمرها.
مادة العزل: اعتمادًا على بيئة التشغيل، يتم عزل الأسلاك المزدوجة الحرارية بمواد مثل الألياف الزجاجية أو PTFE أو السيراميك للحماية من التلف المادي والتداخل الكهربائي والتآكل الكيميائي.
مقياس السلك: يمكن أن يؤثر حجم السلك المزدوج الحراري على وقت استجابته ومقاومته. قد توصي المعايير بأحجام مقاييس الأسلاك بناءً على الاحتياجات المحددة للتطبيق.
معايير الموصلات والأطراف الطرفية: يجب أيضًا أن تفي الموصلات والأطراف الطرفية المستخدمة مع أسلاك المزدوجة الحرارية بمعايير محددة لضمان التوافق والحفاظ على دقة قياسات درجة الحرارة.
الخاتمة
تعتبر أسلاك المزدوجة الحرارية أدوات لا غنى عنها في قياس درجة الحرارة، حيث تتوفر أنواع مختلفة تناسب أي تطبيق تقريبًا. إن فهم أنواع هذه الأسلاك وتطبيقاتها وخصائصها يمكن أن يساعد المستخدمين على اختيار المزدوجة الحرارية المناسبة لاحتياجاتهم، مما يضمن قياسات دقيقة وموثوقة لدرجة الحرارة في أي بيئة. سواءً كنت تعمل في مجال التصنيع الصناعي أو المستحضرات الصيدلانية أو معالجة الأغذية أو أي مجال يتطلب تحكمًا دقيقًا في درجة الحرارة، فهناك سلك مزدوج حراري يلبي متطلباتك.
