בתחום מדידת טמפרטורה תעשייתית, צמדים תרמיים מסוג קופסאות צומת ניתנות לתנועה ומדדי חום פלטינה מסוג אטם צמודי עילי הם שני סוגים נפוצים של חיישני טמפרטורה. יש להם הבדלים משמעותיים במבנה, בעקרון העבודה, בתרחישי היישום ובמראה/חיווט. מאמר זה ידון בפירוט כיצד להבחין בין שני סוגי חיישנים אלה, ויעזור לקוראים להבין טוב יותר וליישם אותם.
I. הבדלים מבניים
1. מאפיינים מבניים של צמדים תרמיים מסוג תיבת צומת מותקנת על אוגן נייד
צמדים תרמיים מסוג תיבת צומת המורכבת על אוגן נייד מורכבים בעיקר מאלמנט צמד תרמי, שרוול מבודד, נדן מגן, התקן חיבור אוגן מזיז ותיבת צומת. אלמנט הצמד 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 טמפרטורה גבוהה ותכונות בידוד, המשמש לבידוד שני החוטים התרמיים ולמניעת קצרים. מעטפת המגן עשויה מחומר שנבחר בהתאם לתנאי העבודה (כגון פלדת פחמן, נירוסטה, קורונדום, Hastelloy), ותפקידו העיקרי הוא להגן על אלמנט הצמד התרמי מפני קורוזיה או פגיעות על ידי המדיום. לא נדרשת מוליכות תרמית גבוהה, שכן הקצה החם של הצמד התרמי יוצר קשר ישיר עם המדיום, וכתוצאה מכך זמן תגובה מהיר. התקן חיבור האוגן הנייד מתחבר לציוד או לצינור דרך לוחית אוגן, ומאפשר כוונון עדין של החיישן במהלך ההתקנה כדי להתאים את עצמו למצבי התקנה ולעומקים שונים. תיבת החיבורים משמשת לחיבור אלמנט הצמד התרמי וחוטי הפיצוי, ומכילה בלוק מסוף. יציבות טמפרטורת הצומת הקרה (הימנעות מקרבה למקורות חום) היא שיקול מרכזי, ודירוג האיטום הוא בדרך כלל לא פחות מ-IP65.
2. מאפיינים מבניים של מדחום עמידות פלטינה מסוג אטם עילי
מדחום עמידות פלטינה מסוג אטם משטח מורכב בעיקר מאלמנט חישה, אטם, צינור מגן והתקן חיווט פשוט. אלמנט החישה הוא רכיב מדידת טמפרטורת הליבה של מדחום התנגדות הפלטינה, עשוי בדרך כלל מחוט פלטינה כרוך, הדורש חילופי חום מספקים עם המשטח הנמדד. האטם הוא עיצוב ייחודי של מדחום עמידות פלטינה על פני השטח, עשוי פלדת אל חלד או סגסוגת-על בסיס ניקל, בעל חוזק מכני גבוה ועמידות בפני קורוזיה, המבטיח מגע קרוב בין אלמנט החישה למשטח הנמדד כדי לשפר את דיוק המדידה. צינור המגן עשוי מפלדת אל חלד, המציע חוזק מכני גבוה ועמידות בפני קורוזיה, מגן על אלמנט החישה מפני נזק מכני וקורוזיה כימית. התקן החיווט הפשוט משתמש בדרך כלל בשיטת יציאה ישירה-ללא תיבת חיבורים נפרדת. במקום זאת, החוטים מנותבים דרך חורי הובלה- החוצה בצינור המגן, וכתוצאה מכך מבנה פשוט והתקנה קלה. עיצוב זה הופך את החיישן לקומפקטי, מתאים ליישומים מוגבלים-במקום.
II. הבדלים בעקרונות העבודה
1. עקרון העבודה של צמדים תרמיים
צמדים תרמיים פועלים על בסיס אפקט Seebeck, שבו מעגל סגור המורכב משני מוליכים שונים יוצר פוטנציאל תרמואלקטרי 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 יש מהירות תגובה מהירה, מה שהופך אותם למתאימים 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; במיוחד, ערך ההתנגדות של המתכת עולה עם עליית הטמפרטורה. קיים קשר תפקודי מסוים בין ערך ההתנגדות של הנגד הפלטינה לבין הטמפרטורה. על ידי מדידת ערך ההתנגדות של נגד הפלטינה, ניתן לחשב את הטמפרטורה של המשטח הנמדד. מדי חום עמידות פלטינה מסוג -אטם מותקן-משתמשים באטם כדי להבטיח מגע קרוב בין אלמנט החישה למשטח הנמדד, ומשפרים את דיוק המדידה והיציבות.
III. הבדלים בתרחישי יישומים
1. תרחישי יישום של צמדים תרמיים
צמדים תרמיים של תיבת צומת-פעילים מתאימים ליישומי מדידת-טמפרטורה גבוהה הדורשים התקנה קבועה ותגובה מהירה, כגון טמפרטורת התנור וטמפרטורת המתכת המותכת. מהירות התגובה המהירה שלהם מאפשרת להם לשקף במהירות שינויי טמפרטורה, מה שהופך אותם למתאימים ליישומים הדורשים תגובה מהירה. יתר על כן, לצמדים תרמיים יש טווח מדידה רחב, מ-200 מעלות עד +1800 מעלות .
2. תרחישי יישום של מדי חום התנגדות פלטינה
מדי חום עמידות פלטינה מסוג -אטם- על פני השטח מתאימים ליישומים הדורשים מדידה של טמפרטורות משטח מוצק, כגון מארזים של ציוד מכני ומשטחי צינור. עיצוב האטם שלהם מאפשר מגע קרוב עם המשטח הנמדד, ומשפר את דיוק המדידה. מדי חום עמידות פלטינה מציעים דיוק מדידה גבוה, מה שהופך אותם למתאימים ליישומים הדורשים דיוק גבוה, במיוחד בטווח הטמפרטורות הבינוניות והנמוכות (-200 מעלות עד +500 מעלות). בנוסף, מדי חום עמידות פלטינה מסוג -אטם- על פני השטח קלים להתקנה, מה שהופך אותם למתאימים ליישומים עם שטח מוגבל או ליישומים הדורשים התקנה מהירה.
IV. הבדלים במראה ובחיווט
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 באלמנטים נוספים של חישת טמפרטורה. תיבת החיבורים מכילה בדרך כלל שניים או ארבעה חוטים (עבור צמדים תרמיים כפולים). לחוטי הפיצוי יש קוטביות חיובית ושלילית ועליהם להיות מחוברים בצורה נכונה כדי למנוע שגיאות מדידה.
2. מראה וחיווט של מדי חום התנגדות פלטינה
למדחום עמידות פלטינה מסוג-רפידה-על פני השטח יש רפידה ברורה בראש, שהיא עיצוב ייחודי למגע קרוב עם המשטח הנמדד. החיווט מנותב בדרך כלל דרך חורי עופרת בצינור המגן, ובדרך כלל מורכב משניים או שלושה חוטים (מערכת חד או שלושה-תיל) כדי לפצות על שגיאות התנגדות חוטים. מדי חום להתנגדות פלטינה אינם דורשים הבחנה בין קוטביות חיובית לשלילית מכיוון שעקרון העבודה שלהם מבוסס על שינויים בערכי ההתנגדות ולא על כוח אלקטרו-מוטיבי.
V. סיכום
אוגן אקטיבי-לצמדים תרמיים של קופסאות צומת ולמדדי חום התנגדות פלטינה מסוג-רפידות-על פני השטח יש הבדלים משמעותיים במבנה, עקרונות העבודה, תרחישי היישום, המראה והחיווט. צמדים תרמיים מתאימים ליישומי מדידת טמפרטורה גבוהה- הדורשים התקנה קבועה ותגובה מהירה, בעוד שמדחום עמידות פלטינה מסוג -רפידות-על פני השטח מתאימים ליישומים הדורשים מדידה מדויקת- גבוהה של טמפרטורות משטח מוצק. 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.
