Как ефектите на топлинното разширение влияят върху точността на термодвойката?

Топлинното разширение е основен физичен феномен, който има голямо влияние върху точността на термодвойките в системите с горещ канал. Тъй като компонентите на формата се нагряват от температурата на околната среда до температурата на обработка (обикновено 200–400 градуса), материалите се разширяват с различни скорости, променяйки разположението на термодвойките и условията на контакт. Тези ефекти трябва да бъдат разбрани, за да може точно да се открие температурата.

Диференциално разширяване на обучението

Различните материали, използвани в конструкцията на горещи канали, имат различни коефициенти на топлинно разширение (CTE). Коефициентът на топлинно разширение на стоманата е около 11-13 µm/m градус. Материалите на обвивката на термодвойката (неръждаема стомана или инконел) имат подобни коефициенти, въпреки че не са еднакви. Изолацията от магнезиев оксид вътре в обвивката има различни свойства на разширение. Тъй като системата се нагрява, различните компоненти ще се разширяват с различна скорост, предизвиквайки механично напрежение, което ще повлияе на позицията на измервателния възел и контактното налягане.

Ефект от монтажа на термодвойка

Разширяването засяга монтирането на сензори, монтирани с компресионни фитинги или пружинни -устройства. Тъй като стоманената форма се разширява, монтажният отвор се премества спрямо върха на термодвойката. Ако движението на пружината не е достатъчно, върхът може да загуби контакт с дъното на отвора, позволявайки образуването на въздушна междина, която изолира сензора и води до отчитане на ниска температура. Твърде голямото разширение обаче може да смаже термодвойката, така че вътрешните връзки да се повредят. Необходимо е правилно предварително натоварване на пружината в рамките на предвидения диапазон на топлинно разширение.

Влияние върху измерването на местоположението на кръстовището

Термичното разширение влияе на позицията на измервателната връзка спрямо източника на топлина. Ако термодвойката е в аксиално разширяваща се дюза, върхът на сензора може да се движи спрямо мястото на нагревателя. Промяната в местоположението променя записаната температура, придвижването към нагревателя увеличава отчитането, а отдалечаването го намалява. Това въздействие може да бъде очевидно в случай на фиксирани нагреватели и подвижни дюзи.

Влияние върху контактното налягане и термичното съпротивление

Термичното разширение причинява промяна в контактното налягане между върха на термодвойката и измерваната повърхност. В зависимост от дизайна термичният контакт може да бъде подобрен (термичен контакт увеличен) или влошен (термичен контакт намален) по време на разширяването на компонентите. За сензори в пробити отвори разширяването може да затегне или разхлаби прилягането. При сензори с измервателни пръстени разширението влияе върху натиска на затягане. различното контактно налягане причинява различно термично съпротивление, което води до отклонение и нестабилност на измерването.

Компенсационни планове

Има няколко начина за минимизиране на последствията от топлинното разширение. Използвайте пружинни термодвойки с достатъчен ход (обикновено 2–4 mm), за да останете в контакт през целия диапазон на разширение. Използвайте подобни материали за монтаж на CTE. Проектирайте монтажни геометрии, за да поддържате непрекъснат контактен натиск по време на разширяване. За важни приложения използвайте много сензори на различни места, за да откриете смени, дължащи се на разширение, и да приложите софтуерна настройка.

Дългосрочна-стабилност

Монтажът на термодвойката постепенно се променя чрез повтарящи се термични цикли във времето. Всеки цикъл може да промени до известна степен позицията на сензора или да влоши качеството на контакта. Плъзгащите пружинни механизми намаляват предварителното натоварване с течение на времето. Редовните проверки за поддръжка на положението на сензора и качеството на контакта избягват дългосрочно-отместване поради ефектите на разширение.

Диференциално разширение на термодвойка и свързващ кабел

Термичното разширение също засяга връзката на термодвойката с нейния удължителен кабел. По време на производството областта на конектора е подложена на температурни промени, които могат да причинят разширяване и свиване, което може да доведе до разхлабване на връзките. За повишаване на надеждността се използват съединители с положителни заключващи механизми и температурно компенсирани конструкции. Движението на кабела, дължащо се на разширение, е разрешено с примки за освобождаване на напрежението.

Практически препоръки за намаляване на ефектите от разширяването

Винаги инсталирайте термодвойки при стайна температура, позволявайки разширение. Измерете компресираната дължина при работна температура, за да наблюдавате спирането на компресията по време на тестовите прогони. Извършете проверка на дълбочината на вкарване по време на поддръжката, за да проверите рутинно поставянето на сензора. Използвайте фиксиращи съединения, предназначени за работна температура, за да защитите целостта на съединителя. Ако имате изискващо приложение, погледнете безжичните термодвойки, които напълно елиминират въздействието на растежа на кабела.