مبدأ عمل المزدوجات الحرارية

تعمل المزدوجات الحرارية على أساس مبادئ النظرية الكهروحرارية: كما ذكرنا أعلاه، عندما تتغير درجة الحرارة عند الطرف الساخن مقارنة بدرجة الحرارة عند الطرف البارد، فإن دائرة مغلقة مكونة من أسلاك معدنية غير متشابهة ستولد تغيرًا في الجهد.
للحصول على فهم أكثر بديهية لوظيفة هذا المبدأ، يمكن للمرء أن يتخيل أنه عندما يتم وضع وعاء ذو ​​قاع مسطح على موقد غاز، فإن الطاقة الحرارية ستنتقل بسرعة على طول المقبض إلى نهاية اليد ذات درجة الحرارة المنخفضة. في الواقع، يتم أيضًا نقل الطاقة الكهربائية بهذه الطريقة، لكن التأثير ليس واضحًا.
والسبب في ذلك هو وجود اختلاف في درجة الحرارة بين "نقطتي النهاية" على الدائرة: عندما يولد فرق درجة الحرارة بين نقطتي النهاية قوة دافعة كهربائية، يتم توليد تيار، وتستخدم المزدوجات الحرارية الفولتميتر المصاحب لقياس التيار. إذا كان من المعروف أن المزدوجة الحرارية لديها درجة حرارة بداية ثابتة عند نهاية درجة الحرارة المنخفضة، فيمكن استخدام قراءات الجهد هذه لحساب القراءة الدقيقة لدرجة الحرارة عند النهاية الساخنة.
هناك نقطة أخرى يجب ملاحظتها، وهي أنه إذا كانت درجة حرارة نقطتي النهاية هي نفسها، فإن القوة الدافعة الكهربية المتولدة عند كل نقطة نهاية سوف تلغي بعضها البعض، مما يجعل صافي التيار المتدفق عبر نقطتي النهاية يساوي صفرًا.
نوع المزدوجة الحرارية
كما ذكرنا سابقًا، يتم بيع أنواع مختلفة من المزدوجات الحرارية في السوق اليوم، بهدف معالجة سيناريوهات التطبيق المختلفة أو التحديات البيئية، خاصة في نطاقات درجات الحرارة المختلفة. يتم تمييزها عادةً بأحرف، ودرجات المزدوجات الحرارية الأكثر شيوعًا هي J وK وL وN وT.
تهدف هذه الحروف إلى تمثيل مجموعات معدنية مختلفة تستخدم في أطراف الدوائر المزدوجة الحرارية. سيؤثر هذا بشكل مباشر على حساسية درجة الحرارة الإجمالية ونطاق التشغيل الآمن للمعدات.
في هذا القسم من هذا الدليل، سنقدم بعض الأنواع والتكوينات المختلفة للمزدوجات الحرارية لفهم بيئة الاستخدام ونطاق درجة الحرارة.
الحرارية من النوع K
النوع الأكثر استخدامًا في العديد من الصناعات والأقسام. تتكون المزدوجة الحرارية من النوع K من أسلاك مختلفة أساسها النيكل (عادةً سبائك الكروم/سبائك الألومنيوم)، وهي مزدوجة حرارية فعالة من حيث التكلفة يمكنها تحقيق دقة موثوقة عبر نطاق واسع من درجات حرارة التشغيل.
تُستخدم المزدوجات الحرارية من النوع K عادةً في نطاق من -200 إلى +1260 درجة، مع دقة انحراف معياري تبلغ ± 0.75%.
تستخدم المزدوجات الحرارية من النوع K مواد أساسها النيكل ولها نطاق واسع من التطبيقات المحتملة، أي أن أسلاكها يمكن أن تكون مناسبة لنطاق واسع من درجات الحرارة، كما أنها تتمتع بمقاومة ثابتة للتآكل ومقاومة الأكسدة.
تتكون الأسلاك المزدوجة الحرارية من النوع K عادةً من حوالي 90% نيكل و10% كروم كقطب موجب، وحوالي 95% نيكل و2% ألومنيوم و2% منجنيز و1% سيليكون كقطب سلبي.

J- نوع الحرارية
هذا نوع آخر يستخدم على نطاق واسع، مع نطاق درجة حرارة أصغر من المزدوجات الحرارية من النوع K (-40 إلى +750 درجة)، وسيتم أيضًا تقصير عمرها الإجمالي إذا تعرضت لدرجات حرارة عالية بشكل متكرر. القطب الموجب للمزدوجة الحرارية من النوع J مصنوع من سلك حديد، والقطب السالب مصنوع من سبائك النحاس والنيكل (القسطنطين).
إنها مزدوجة حرارية غير مكلفة نسبيًا ولها استخدامات متعددة، ومناسبة بشكل خاص لتقليل الأجواء (غير المؤكسدة) والبيئات الفراغية، وهي قادرة على قراءة البيانات من العديد من الأنواع القديمة من المعدات والمواد الخاملة. ومع ذلك، فإن الحديد الموجود في المزدوجة الحرارية من النوع J يتأكسد بسهولة، ولا ينصح باستخدام هذا النوع إذا كانت المزدوجة الحرارية بحاجة إلى التعرض للرطوبة.
المزدوجات الحرارية5
الحرارية من النوع N
يتكون السلك من سبائك السيليكون والنيكل والكروم والنيكل (النيكل والكروم والسيليكون)، مع نطاق درجة حرارة العمل من -270 إلى +1300 درجة، والعديد من الخصائص المشابهة للمزدوجات الحرارية من النوع K.
لكن سعرها أعلى قليلاً من سعر المزدوجات الحرارية من النوع K لأنها تتغلب على بعض المشكلات التي قد تواجهها المزدوجات الحرارية من النوع K في بيئات معينة وهي منتج تم تطويره حديثًا. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للمزدوجات الحرارية من النوع N أن توفر استقرارًا أفضل للتطبيقات النووية، ومقارنة بالمزدوجات الحرارية من النوع K، فهي أكثر مقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة للغاية.
المزدوجات الحرارية6
الحرارية من النوع T
باستخدام مادة أسلاك سبائك كونستانتان النحاسية، مع نطاق درجة حرارة يتراوح بين -200 إلى +350 درجة، فهو تكوين مزدوج حراري مستقر بشكل خاص. إنها مناسبة جدًا لمختلف تطبيقات درجات الحرارة المنخفضة ودرجات الحرارة المنخفضة للغاية، بما في ذلك ظروف المختبرات المختلفة وظروف التجميد العميق، ويمكن أن تعمل أيضًا بشكل جيد في الأجواء المؤكسدة. بالإضافة إلى ذلك، فهو يحتوي فقط على سلك نحاسي متصل مباشرة بالمسبار ويمكن استخدامه أيضًا للقياس التفاضلي.