المزدوجة الحرارية هي حساس لقياس درجة الحرارة. والمزدوجات الحرارية هي حساسات متعددة الاستخدامات لقياس درجة الحرارة، وتستخدم عادةً في مجموعة واسعة من التطبيقات، من المزدوجات الحرارية الصناعية إلى المزدوجات الحرارية القياسية المستخدمة في الأجهزة والمعدات المنزلية.
المسبار المزدوج الحراري هو أداة قياس درجة الحرارة التي لا غنى عنها في العديد من التطبيقات الصناعية والعلمية. وبفضل متانته ودقته ونطاق قياسه الواسع، فإنه يُستخدم على نطاق واسع في مجالات متنوعة مثل التعدين وإنتاج الطاقة والصناعة الكيميائية والبحث العلمي.
يعمل هذا الجهاز على مبدأ تأثير توماس يوهان سيبيك، الذي سمي على اسم الفيزيائي الذي يحمل نفس الاسم، حيث يتولد جهد بين معدنين مختلفين عند تعرضهما لفرق في درجة الحرارة. ثم يتم تحويل هذا الجهد إلى قياس درجة الحرارة.
على الرغم من بساطتها الواضحة، تتطلب المزدوجات الحرارية فهمًا شاملاً لكيفية عملها والأنواع المتاحة وتقنيات التركيب والتوصيل لضمان إجراء قياسات موثوقة ودقيقة.
دعونا نستكشف بالتفصيل الأنواع المختلفة من المزدوجات الحرارية، ومبدأ التشغيل، وطرق التركيب والتوصيل وأفضل الممارسات لتحسين استخدامها في التطبيقات المختلفة.
يعمل مسبار المزدوجات الحرارية من خلال الجمع بين معدنين مختلفين متصلين في أحد طرفيهما يسمى "الوصلة الساخنة". عندما يحدث فرق في درجة الحرارة عند هذه الوصلة، ينشأ تيار كهربائي في الدائرة، مما يولد قوة دافعة كهربائية (EMF). وتعتمد قيمة هذا العامل الكهرومغناطيسي على خواص الفلزات المستخدمة وفرق درجة الحرارة بين الوصلة الساخنة والوصلة المرجعية، التي تسمى عادةً "الوصلة الباردة".
تتسم المعادن المستخدمة في المزدوجات الحرارية بجودة ثابتة، مما يمكّن الجهاز من تحمل تدرجات درجات الحرارة المختلفة على طوله دون تغيير في التردد الكهرومغناطيسي. وهذا يعني أنه يمكن للمزدوجة الحرارية قياس درجات الحرارة بدقة، حتى في ظل ظروف متفاوتة.
أجهزة القياس مثل شاشات العرض الرقمية وأجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة وأجهزة التحكم في درجة الحرارة مصممة لقبول المزدوجات الحرارية مباشرة. وهي تدير تلقائيًا تعويض الوصلة الباردة، وهو أمر ضروري للحصول على قراءات دقيقة.
تتوفر السبائك المستخدمة في صناعة المزدوجات الحرارية بشكل عام في شكل أسلاك، مما يسهل تصنيعها والتعامل معها.
لاختيار أنسب المزدوجات الحرارية لتطبيقك، من الضروري :
معرفة المواد
معرفة كيفية عمله
التحكم في نطاقات درجات الحرارة
فهم الأنواع المختلفة من المجسات
فهم التجميع والأسلاك
أخذ مقاومة العزل في الاعتبار
يتميز كل نوع من مسبار المزدوجة الحرارية بخصائص إخراج (جهد) محددة ويتطلب معايرة ومعدات قياس مناسبة لضمان الحصول على قراءات دقيقة وموثوقة.
توفر المزدوجات الحرارية عددًا من المزايا التي تجعلها لا غنى عنها في العديد من التطبيقات الصناعية والعلمية.
انخفاض التكلفة
المقاومة والثبات في درجات الحرارة العالية
أبعاد صغيرة والعديد من الأقطار الممكنة
تحديد موضع البقعة الساخنة
أوقات استجابة قصيرة جداً
مقاومة جيدة للاهتزازات
من خلال الموازنة بين هذه المزايا والعيوب، يمكن تحديد ما إذا كانت المزدوجات الحرارية مناسبة لتطبيق معين. بالنسبة للبيئات التي تتطلب قياسًا سريعًا وموثوقًا لدرجة الحرارة بتكلفة منخفضة، غالبًا ما تكون المزدوجات الحرارية هي الحل الأمثل.
يعد تركيب مسبار المزدوجات الحرارية وتوصيل أسلاكه من الخطوات الحاسمة لضمان إجراء قياسات دقيقة وموثوقة لدرجة الحرارة. فيما يلي الخطوات والاعتبارات الرئيسية:
باتباع هذه التوصيات، يمكن تنفيذ تركيب مسبار المزدوجات الحرارية وتوصيله بكفاءة، مما يضمن الأداء الأمثل للأجهزة.
غالبًا ما تتعرض المزدوجات الحرارية لبيئات قاسية معرضة للتداخلات الكهربائية والكهرومغناطيسية وغيرها من التداخلات. وللتعويض عن اضطرابات قياس درجة الحرارة التي تسببها هذه الطفيليات، يتم تزويد المزدوجات الحرارية المغلفة بالمعدن بمقاوم عازل بين الأسلاك والحاوي.
تتراوح مقاومة العزل هذه، التي يتم فحصها بدقة في المصنع، بين 1000 و5000 ميجاوات كحد أدنى عند 100 إلى 500 فولت تيار مستمر، اعتمادًا على قطر المزدوجة الحرارية وفي درجة الحرارة المحيطة. هذه المواصفات صالحة للمزدوجة الحرارية التي يقل طولها عن متر واحد، وفقًا للمعايير الحالية.
من المهم ملاحظة أن قيم المقاومة هذه تنخفض عندما تتعرض المزدوجة الحرارية لدرجات حرارة عالية، حتى تصبح صفرًا تقريبًا في درجات الحرارة العالية جدًا. لذلك يعد العزل الفعال للمزدوجات الحرارية أمرًا بالغ الأهمية لضمان إجراء قياسات دقيقة وموثوقة، خاصةً في ظروف درجات الحرارة القصوى والبيئات المضطربة.
وهذا هو السبب في أن أدوات القياس ذات الفصل الجلفاني بين المدخلات والمخرجات أو المدخلات والمخرجات ومصدر الطاقة يجب أن تكون مفضلة دائمًا.
المزدوجة الحرارية عبارة عن مستشعر درجة حرارة مكون من سلكين من معدنين مختلفين ملحومين معًا في أحد طرفيهما، يسمى الوصلة الساخنة. عندما تتعرض هذه الوصلة لدرجة حرارة، فإنها تولد جهدًا كهربائيًا يتناسب مع درجة الحرارة بسبب تأثير سيبيك.
الأنواع الرئيسية للمزدوجات الحرارية هي :
تعمل المزدوجة الحرارية عن طريق قياس الفرق في الجهد الكهربي بين الوصلة الساخنة والوصلة المرجعية، وغالبًا ما يتم الاحتفاظ بها عند درجة حرارة معروفة. يتم تحويل الجهد الناتج إلى قياس درجة الحرارة باستخدام جداول المعايرة.
يشير مصطلح الوصلة الباردة إلى الوصلة المرجعية للمزدوجة الحرارية، حيث يتم لحام الأسلاك بالأطراف المعدنية. تعويض الوصلة الباردة هي تقنية تُستخدم لتعويض التغيرات في درجة الحرارة عند هذه الوصلة لضمان دقة القياسات.
يعتمد اختيار المزدوجة الحرارية على عدد من العوامل:
تُصنع المزدوجات الحرارية من تركيبات مختلفة من المعادن والسبائك، مثل :
تأثير سيبيك هو الظاهرة التي ينتج عنها فرق في درجة الحرارة بين مادتين مختلفتين جهدًا كهربائيًا. وهذا التأثير هو أساس المزدوجات الحرارية.
تتضمن معايرة المزدوجة الحرارية مقارنة قياساتها بقياسات معيار معروف عند درجات حرارة مختلفة وضبط القراءات وفقًا لذلك لضمان الدقة.
تُستخدم المزدوجات الحرارية في العديد من القطاعات والتطبيقات، بما في ذلك :