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 להבחין בין צמדי חום קבועים של קופסאות חיבור עם הברגה לבין מדי חום פשוטים של התנגדות פלטינה מסוג בדיקה -, שיעזור לקוראים להבין וליישם טוב יותר את שני סוגי החיישנים הללו.
I. הבדלים מבניים
1. מאפיינים מבניים של צמדים תרמיים של תיבת צומת עם הברגה קבועה
צמדי תרמו של תיבת צומת עם הברגה קבועה מורכבים בעיקר מתרמואלמנט, נדן בידוד, נדן מגן ותיבת צומת. 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. מעטפת הבידוד עשויה בדרך כלל מחומר קרמי (כגון צינור קורונדום, צינור אלומינה גבוה-), בעל עמידות גבוהה בטמפרטורה ותכונות בידוד, והוא משמש לבידוד שני האלמנטים התרמיים למניעת קצרים. חומר המעטפת המגן נבחר בהתאם לתנאי העבודה (כגון פלדת פחמן, נירוסטה, קורונדום, Hastelloy), ותפקידו העיקרי הוא להגן על התרמו-אלמנט מפני קורוזיה או פגיעות על ידי המדיום. מוליכות תרמית גבוהה אינה דרישה עיקרית, שכן הקצה החם של הצמד התרמי יוצר קשר ישיר עם המדיום, וכתוצאה מכך מהירות תגובה מהירה. תיבת החיבורים משמשת לחיבור התרמו-אלמנט וחוטי הפיצוי, ומכילה בלוקים מסוף. יציבות טמפרטורת צומת קר (הימנעות מקרבה למקורות חום) היא שיקול מרכזי, ודירוג האיטום הוא בדרך כלל לא פחות מ-IP65.
2. מאפיינים מבניים של בדיקה פשוטה-מדחום התנגדות מסוג פלטינה
מדחום התנגדות פלטינה מסוג -פשוט מורכב בעיקר מאלמנט חישה, צינור מגן ומסופי חיווט פשוטים. אלמנט החישה הוא רכיב מדידת טמפרטורת הליבה של מדחום התנגדות הפלטינה, עשוי בדרך כלל מחוט פלטינה כרוך, ודורש חילופי חום מספקים עם המדיום. החומר של צינור המגן דומה לזה של הצמד התרמי, אך דורש מוליכות תרמית גבוהה יותר מכיוון שהוא צריך להעביר במהירות את הטמפרטורה הבינונית לאלמנט החישה כדי להפחית את עיכוב התגובה. העיצוב הפשוט הופך את המבנה שלו לקומפקטי יותר, בדרך כלל משמיטים תיבת צומת נפרדת ומשלבים את מסופי החיווט ישירות על צינור המגן, ומפשטים את תהליך ההתקנה והחיווט. עיצוב זה הופך את מדחום ההתנגדות להתנגדות פלטינה מסוג -הבדיקה הפשוטה למועילה יותר בסביבות מוגבלות בחלל- או בהן נדרשת התקנה מהירה.
II. הבדלים בעקרונות העבודה
1. עקרון העבודה של צמדים תרמיים
צמדים תרמיים פועלים על בסיס אפקט Seebeck, הקובע שכאשר שני מוליכים שונים יוצרים מעגל סגור, נוצר פוטנציאל תרמו-אלקטרי במעגל אם שני הצמתים נמצאים בטמפרטורות שונות. הפוטנציאל התרמו-אלקטרי של צמד תרמי עומד ביחס ישר להפרש הטמפרטורה בין קצה המדידה לקצה הייחוס. על ידי מדידת גודל הפוטנציאל התרמו-אלקטרי, ניתן לקבוע 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 שההתנגדות 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. מדחום התנגדות פלטינה מסוג -הבדיקה הפשוטה מפשט את תהליך העברת האותות ומשפר את נוחות ההתקנה על ידי שילוב ישיר של מסופי החיווט.
III. הבדלים בתרחישי יישומים
1. תרחישי יישום של צמדים תרמיים
צמדים תרמיים מסוג תיבת צומת להרכבה-מתווים-למדידות טמפרטורה גבוהות, 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 בדיקה פשוטה-מדחום התנגדות פלטינה מסוג פלטינה
מדי חום של התנגדות פלטינה מסוג -פשוטה מתאימים למדידות טמפרטורה בינוניות ונמוכות-, כגון מדידת טמפרטורה של נוזלים, גזים ומשטחים מוצקים. העיצוב הפשוט שלהם הופך אותם למועילים יותר בסביבות מוגבלות-במקום או במקומות שבהם נדרשת התקנה מהירה, כגון בציוד קטן או במערכות התקנה זמניות. מדי חום עמידות פלטינה הם בעלי דיוק מדידה גבוה והם מתאימים ליישומים הדורשים דיוק גבוה, במיוחד בטווח הטמפרטורות הבינוניות והנמוכות- (-200 מעלות עד +500 מעלות).
IV. הבדלים במראה ובחיווט
1. מראה וחיווט של צמדים תרמיים
לראשו של צמד תרמי אין בדרך כלל שינוי משמעותי בקוטר מכיוון שהקצה החם שלו יוצר קשר ישיר עם המדיום, ומבטל את הצורך באלמנטים נוספים של חישת טמפרטורה. קופסת החיבורים מכילה בדרך כלל שניים או ארבעה חוטים (עבור צמדים תרמיים כפולים), ולחוטי הפיצוי יש קטבים חיוביים ושליליים, אשר חייבים להיות מחוברים בצורה נכונה כדי למנוע שגיאות מדידה. 2. מראה וחיווט של הבדיקה הפשוטה-מדחום התנגדות פלטינה
למדחום ההתנגדות הפשוט של -פלטינה יש אלמנט חישת טמפרטורה- ברור בראשו, עיצוב ייחודי המשמש למדידה ישירה של הטמפרטורה של המדיום. מסופי החיווט משולבים ישירות על צינור המגן ובדרך כלל יש להם שלושה או ארבעה חוטים (מערכת שלושה-חוטים או ארבעה-חוטים) כדי לפצות על שגיאות התנגדות חוטים. מדחום התנגדות הפלטינה אינו מצריך הבחנה בין טרמינלים חיוביים ושליליים במהלך החיווט, מכיוון שעקרון העבודה שלו מבוסס על שינויי ערכי התנגדות ולא על כוח אלקטרו-מוטורי.
V. סיכום
לצמדים תרמיים של תיבת צומת להרכבה עם חוטים קבועים- ולמדדי חום של התנגדות פלטינה מסוג- פשוטים יש הבדלים משמעותיים במבנה, בעקרון העבודה, בתרחישי היישום ובמראה/חיווט. צמדים תרמיים מתאימים ליישומי טמפרטורה-גבוהים ותגובה-מהירה, בעוד שמדחום התנגדות פלטינה מסוג בדיקה פשוטים מתאימים לטמפרטורה בינונית-עד-נמוכה ויישומים הדורשים התקנה מהירה. ביישומים מעשיים, יש לבחור את החיישן המתאים בהתבסס על צרכים ספציפיים. 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.
