قراءات درجة الحرارة الحرارية غير دقيقة؟ كل هذا بسبب التقلبات في درجة حرارة التقاطع البارد!

في الإنتاج الصناعي اليومي، يتم استخدام المزدوجات الحرارية، باعتبارها من التقنيات القديمة في قياس درجة الحرارة، على نطاق واسع في بيئات مختلفة ذات درجات حرارة عالية. ومع ذلك، يواجه العديد من المهندسين مشكلة: نتائج قياس غير دقيقة. السبب الجذري، في 90% من الحالات، يكمن في "تعويض درجة حرارة الوصلة الباردة".

1. لماذا يعد تعويض الوصلة الباردة ضروريًا؟

يعتمد قياس درجة الحرارة المزدوجة الحرارية على "التأثير الكهروحراري": عندما يشكل معدنان مختلفان دائرة، كلما زاد اختلاف درجة الحرارة بين الطرفين، زادت قوة الإمكانات الحرارية المتولدة (إشارة mV). ومع ذلك، هناك فرضية مخفية: تم ضبط جدول معايرة المزدوجات الحرارية على درجة حرارة الوصلة الباردة t₀=0 درجة!

إذا انحرفت درجة حرارة الوصلة الباردة (عادة عند صندوق الوصلات) عن 0 درجة، فإن الإمكانات الحرارية الكهربائية ستؤدي إلى حدوث خطأ. على سبيل المثال، مع المزدوجات الحرارية من النوع K، لكل زيادة بمقدار 10 درجات في درجة حرارة الوصلة الباردة، يزداد خطأ القياس بمقدار 2.5 درجة تقريبًا. بافتراض أن درجة حرارة الوصلة الباردة الفعلية هي 30 درجة، لكن النظام الافتراضي هو t₀=0 درجة، عند قياس كائن عند 100 درجة، قد تكون القيمة المعروضة 70 درجة فقط، وهو خطأ يصل إلى 30 درجة!

تعرض مصنع كيميائي ذات مرة لفشل تعويض الوصلة الباردة حيث عرض DCS 800 درجة، بينما وصلت درجة حرارة فرن الانحلال الحراري الفعلية إلى 950 درجة، مما تسبب في ارتفاع درجة حرارة أنابيب الفرن وتشوهها، مما أدى إلى خسائر فادحة.

ثانيا. طرق تعويض الوصلات الباردة الشائعة

لحل مشكلة تقلبات درجة حرارة الوصلة الباردة، يتم استخدام الطرق التالية بشكل شائع:

1. طريقة سلك التعويض (الأكثر استخدامًا)

جوهر طريقة الأسلاك التعويضية هو استخدام أسلاك معدنية غير مكلفة لها نفس الخصائص الحرارية مثل المزدوجات الحرارية لتمديد الوصلة الباردة من منطقة درجة الحرارة المرتفعة-إلى غرفة التحكم في درجة الحرارة-المستقرة (على سبيل المثال، 25 درجة ±5 درجة ).

الاحتياطات: يجب أن يتطابق سلك التعويض مع نوع المزدوجة الحرارية (على سبيل المثال، مزدوج حراري من النوع K- مع سلك تعويض KX)، مع الانتباه إلى "الموجب إلى الموجب، والسالب إلى السالب". تعرضت إحدى محطات الطاقة ذات مرة لخطأ في تقدير درجة حرارة التوربين بما يتجاوز 100 درجة بسبب توصيلات الأسلاك التعويضية المعكوسة. يجب ألا يتجاوز طول سلك التعويض بشكل عام 15 مترًا؛ خلاف ذلك، ينبغي النظر في جهاز إرسال درجة الحرارة.

2. طريقة تعويض الجسر

عندما تتقلب درجة حرارة الوصلة الباردة بشكل كبير (على سبيل المثال، في التركيبات الخارجية)، قد لا تكون الأسلاك التعويضية كافية. تستخدم طريقة تعويض الجسر جسرًا غير متوازن لتوليد الجهد الكهربي، مما يعوض تأثيرات تغيرات درجة حرارة الوصلة الباردة.

ملاحظات هامة: يجب ضبط نقطة توازن جسر التعويض على 0 درجة، ويجب أن يكون مصدر الطاقة مستقرًا (تقلب أقل من أو يساوي 0.1%)؛ وإلا سيتم تقديم أخطاء جديدة. تعرض أحد مصانع الصلب لخطأ في قياس درجة الحرارة تجاوز 15 درجة بسبب تقلبات إمدادات الطاقة. يوصى بالمعايرة مرة واحدة على الأقل في السنة.

3. طريقة الحمام بالثلج (شائعة الاستخدام في المختبرات)

يتم وضع الوصلة الباردة للمزدوجة الحرارية في خليط من الماء المثلج- لضمان ثبات درجة الحرارة عند 0 درجة. توفر هذه الطريقة دقة عالية ولكنها مكلفة وغير ملائمة للمحافظة عليها، وهي مناسبة في المقام الأول للقياسات الدقيقة في المختبرات.

4. طريقة تصحيح الحساب

يتم قياس درجة حرارة الوصلة الباردة الفعلية TH، ويتم حساب التصحيح باستخدام الصيغة EAB(T,0)=EAB(T,TH) + EAB(TH,0). تعتبر هذه الطريقة مناسبة للأنظمة الآلية أو قياس درجة الحرارة المعتمد على الكمبيوتر-.

5. طريقة تعويض البرمجيات

في أنظمة قياس درجة الحرارة الحديثة، تقوم أجهزة الاستشعار مثل الثرمستورات بمراقبة درجة حرارة الوصلة الباردة، ويتم إدخال الإشارة إلى جهاز كمبيوتر للتصحيح التلقائي عبر خوارزميات البرمجيات. تتميز هذه الطريقة بالمرونة والدقة، ومناسبة بشكل خاص لقياس درجة الحرارة في نقاط متعددة-.

ثالثا. كيفية اختيار طريقة التعويض الأكثر موثوقية واقتصادية؟

يتطلب اختيار طريقة تعويض الوصلة الباردة دراسة شاملة لتقلبات درجات الحرارة المحيطة ومتطلبات الدقة والتكلفة:

بالنسبة للبيئات الداخلية ذات التقلبات الصغيرة في درجات الحرارة (مثل ورش العمل ذات درجة الحرارة الثابتة): تعد طريقة سلك التعويض المدمجة مع التعويض التلقائي الداخلي للجهاز أو طريقة تصحيح الحساب خيارًا اقتصاديًا وموثوقًا نسبيًا. يمكنها جلب الوصلة الباردة إلى بيئة مستقرة، بتكلفة منخفضة نسبيًا وتنفيذ بسيط.

بالنسبة للمواقع الخارجية أو الصناعية ذات التقلبات الكبيرة في درجات الحرارة: تعد طريقة سلك التعويض مع طريقة تعويض الجسر أو طريقة تعويض البرنامج أكثر موثوقية. يمكن أن يستجيب تعويض الجسر ديناميكيًا للتغيرات في درجات الحرارة، بينما يتمتع تعويض البرامج بدقة عالية ويمكنه التعامل مع المواقف المعقدة. على الرغم من أن هذا الأخير قد يكون له استثمار أولي أعلى قليلاً، إلا أنه يمكنه بشكل فعال تجنب الخسائر الأكبر الناجمة عن أخطاء القياس.

بالنسبة للمختبرات أو التطبيقات التي تتطلب دقة عالية: تتميز طريقة حمام الثلج بأعلى دقة، ولكنها أيضًا أعلى تكلفة. يجب أن يعتمد الاختيار على متطلبات الميزانية والدقة.

رابعا. قائمة مرجعية عملية

قبل تنفيذ قياس درجة الحرارة، من المستحسن التحقق بسرعة مما يلي:

هل نموذج سلك التعويض متوافق تمامًا مع المزدوجة الحرارية؟

هل يقع صندوق التوصيل بعيدًا عن مصادر الحرارة (أكبر من أو يساوي 50 سم)؟ هل يوجد عزل حراري؟

في حالة استخدام جسر معوض، متى كانت آخر معايرة؟

في بيئة التشغيل، هل تتقلب درجة حرارة الوصلة الباردة بأكثر من 5 درجات / ساعة؟ (إذا كان الأمر كذلك، فكر في نظام تعويض أكثر استقرارًا أو تدابير للتحكم في درجة الحرارة.)

هل إعداد درجة حرارة الوصلة الباردة الافتراضي في جهاز DCS/جهاز العرض الخاص بنظام القياس الخاص بك هو 0 درجة؟ (يحتاج الإعداد إلى تأكيد.)