בתחום מדידת הטמפרטורה התעשייתית, צמדים תרמיים ומדדי חום להתנגדות פלטינה הם שני חיישני טמפרטורה נפוצים. יש להם הבדלים משמעותיים במבנה, בעקרון העבודה ובתרחישי היישום. מאמר זה ידון בפירוט כיצד להבדיל בין צמדי חום קבועים של קופסאות חיבור עם הברגה לבין מדי חום התנגדות פלטינה מסוג -בורג, שיעזור לקוראים להבין טוב יותר וליישם את שני סוגי החיישנים הללו.
I. הבדלים מבניים
1. מאפיינים מבניים של צמדים תרמיים של תיבת צומת עם הברגה קבועה
צמדי תרמו של קופסת חיבורים עם הברגה קבועה מורכבים בעיקר מאלמנט תרמו, שרוול מבודד, נדן מגן וקופסת חיבורים. האלמנט התרמי הוא מרכיב הליבה של הצמד התרמי, המורכב משני חוטי מתכת מחומרים שונים (כגון ניקל-כרומיום/ניקל-סיליקון, פלטינה-רודיום/פלטינה וכו'), כשקצותיהם מרותכים יחד ליצירת קצה המדידה. השרוול המבודד עשוי בדרך כלל מחומר קרמי (כגון צינור קורונדום, צינור אלומינה גבוה-), בעל עמידות גבוהה בטמפרטורה ותכונות בידוד, והוא משמש לבידוד שני האלמנטים התרמיים למניעת קצרים. מעטפת המגן עשויה מחומרים שנבחרו בהתאם לתנאי העבודה (כגון פלדת פחמן, נירוסטה, קורונדום, Hastelloy), ותפקידו העיקרי הוא להגן על התרמו-אלמנט מפני קורוזיה או פגיעות על ידי המדיום. לא נדרשת מוליכות תרמית גבוהה מכיוון שהקצה החם של הצמד התרמי יוצר קשר ישיר עם המדיום, וכתוצאה מכך מהירות תגובה מהירה. תיבת החיבורים משמשת לחיבור התרמו-אלמנט והחוטים המפצים, וכוללת{10}}בלוקים מובנים. יש לשקול היטב את היציבות של טמפרטורת הצומת הקרה (הימנעות מקרבה למקורות חום), ודירוג האיטום בדרך כלל אינו נמוך מ-IP65.
2. מאפיינים מבניים של מדחום מסוג בורג-התנגדות פלטינה
מדחום עמידות פלטינה מסוג -בורג מורכבים בעיקר מאלמנט חישה, חומר מילוי מבודד, צינור מגן וקופסת חיבורים. אלמנט החישה הוא רכיב מדידת טמפרטורת הליבה של מדחום ההתנגדות של פלטינה, עשוי בדרך כלל מחוט פלטינה כרוך, שצריך לקיים חילופי חום מספקים עם המדיום. עיצוב סוג-בורג הוא התכונה הייחודית שלו; שיטת קיבוע הבורג מאפשרת לחבר את אלמנט החישה בחוזקה למשטח האובייקט הנמדד, מה שמשפר את דיוק המדידה. במדחום התנגדות משוריין, אלמנט החישה מוקף באבקת בידוד מגנזיום אוקסיד, המספקת גם בידוד וגם מוליכות תרמית משופרת; במדחום התנגדות מורכב, אלמנט החישה מבודד מהצינור המגן על ידי שרוול מבודד. חומר הצינור המגן דומה לזה של צמד תרמי, אך דורש מוליכות תרמית גבוהה יותר מכיוון שהוא צריך להעביר במהירות את הטמפרטורה הבינונית לאלמנט החישה כדי להפחית את עיכוב התגובה. תיבת החיבורים משמשת לחיבור אלמנט החישה וחוטי האות, ויש לה בלוק מסוף- מובנה. הוא צריך לתמוך בחיבור של שלושה-חוטים-(כדי לפצות על שגיאות התנגדות חוטים) ודורש רק איטום{11}}הוכחת לחות, ללא צורך בפיצוי צומת קר.
II. הבדלים בעקרונות העבודה
1. עקרון העבודה של צמדים תרמיים
צמדים תרמיים עובדים על בסיס אפקט Seebeck, הקובע שכאשר שני מוליכים שונים יוצרים מעגל סגור, נוצר פוטנציאל תרמואלקטרי במעגל אם לשני הצמתים יש טמפרטורות שונות. הפוטנציאל התרמו-אלקטרי של צמד תרמי הוא פרופורציונלי להפרש הטמפרטורה בין קצה המדידה לקצה הייחוס. על ידי מדידת גודל הפוטנציאל התרמו-אלקטרי, ניתן להשיג את הטמפרטורה בקצה המדידה בעקיפין. לצמדים תרמיים מהירות תגובה מהירה והם מתאימים למדידת טמפרטורות גבוהות וטמפרטורות משתנות במהירות.
2. עקרון עבודה של מדי חום התנגדות פלטינה
מדי חום להתנגדות פלטינה פועלים על בסיס המאפיין שהתנגדות של מתכת משתנה עם הטמפרטורה, כלומר, ערך ההתנגדות של מתכת עולה עם עליית הטמפרטורה. קיים קשר תפקודי מסוים בין ערך ההתנגדות של מדחום התנגדות פלטינה לבין הטמפרטורה. על ידי מדידת ערך ההתנגדות של מדחום התנגדות הפלטינה, ניתן לחשב את הטמפרטורה של המדיום הנמדד. מדי חום להתנגדות פלטינה מסוג בורג- משתמשים בשיטת תיקון בורג כדי להבטיח שאלמנט החישה נמצא במגע הדוק עם פני השטח של האובייקט הנמדד, מה שמשפר את דיוק המדידה ואת מהירות התגובה.
III. הבדלים בתרחישי יישומים
1. תרחישי יישום של צמדים תרמיים
צמדים תרמיים של קופסאות צומת- קבועות-מתאימות למדידת טמפרטורה גבוהה, כגון טמפרטורת תנור וטמפרטורת מתכת מותכת. מהירות התגובה המהירה שלהם מאפשרת להם לשקף במהירות שינויי טמפרטורה, מה שהופך אותם למתאימים ליישומים הדורשים תגובה מהירה. בנוסף, לצמדים תרמיים יש טווח מדידה רחב, מ-200 מעלות עד +1800 מעלות .
2. תרחישי יישום של מדחום התנגדות פלטינה מסוג בורג-
מדחום עמידות פלטינה מסוג -בורג מתאימים למדידת טמפרטורת פני השטח, כגון פני השטח של ציוד מכני והדופן החיצונית של צינורות. שיטת קיבוע הבורג מאפשרת להם להיות במגע הדוק עם המשטח הנמדד, ומשפרת את דיוק המדידה. מדי חום עמידות פלטינה הם בעלי דיוק מדידה גבוה ומתאימים ליישומים הדורשים דיוק גבוה, במיוחד בטווח הטמפרטורות הבינוניות והנמוכות (-200 מעלות עד +500 מעלות). בנוסף, מדי חום עמידות פלטינה מסוג בורג הם בעלי מהירות תגובה מהירה, מה שהופך אותם למתאימים למדידות טמפרטורת פני השטח הדורשות תגובה מהירה. IV. הבדלי מראה וחיווט
1. מראה וחיווט של צמדים תרמיים
לראש של צמד תרמי אין בדרך כלל שינוי משמעותי בקוטר מכיוון שהצומת החם שלו יוצר קשר ישיר עם המדיום, ומבטל את הצורך ברכיבי חישת טמפרטורה נוספים-. תיבת החיבורים מכילה בדרך כלל שניים או ארבעה חוטים (עבור צמדים תרמיים כפולים). לחוטי הפיצוי יש קוטביות חיובית ושליליות והם חייבים להיות מחוברים בצורה נכונה כדי למנוע שגיאות מדידה.
2. מראה וחיווט של בורג-מדחום התנגדות מסוג פלטינה
לראש מדחום התנגדות פלטינה מסוג-בורג יש התקן בורג-מובהק, שהוא העיצוב הייחודי שלו, המשמש כדי להבטיח שאלמנט החישה נמצא במגע הדוק עם המשטח הנמדד. קופסת החיבורים מכילה בדרך כלל שלושה או ארבעה חוטים (מערכת שלושה-חוטים או ארבעה-חוטים) כדי לפצות על שגיאות התנגדות חוטים. מדי חום להתנגדות פלטינה אינם דורשים הבחנה בין טרמינלים חיוביים ושליליים מכיוון שעקרון העבודה שלהם מבוסס על שינויי ערכי התנגדות ולא על כוח אלקטרו-מוטיבי.
V. סיכום
לצמדי חום קבועים-בתיבת חיבור ובהברגה-למדדי חום מסוג פלטינה יש הבדלים משמעותיים במבנה, עיקרון העבודה, תרחישי היישום, המראה והחיווט. צמדים תרמיים מתאימים ליישומי-טמפרטורות גבוהות ותגובה-מהירה, בעוד שמדחום עמידות פלטינה מסוג-בורג מתאימים למדידות טמפרטורת פני שטח בינוניות-עד-נמוכות ודיוק-גבוהה. ביישומים מעשיים, יש לבחור את החיישן המתאים בהתאם לצרכים הספציפיים. על ידי הבנת המאפיינים המבניים ועקרונות העבודה של שני חיישנים אלו, ניתן להבין טוב יותר את תרחישי היישום שלהם, ובכך לספק פתרונות מדויקים ואמינים יותר למדידת טמפרטורה תעשייתית.
