أول ما يتبادر إلى الذهن عند الحديث عن مراقبة درجة الحرارة هو استخدام الترموكبل. في أي عملية، إذا كان استشعار درجة الحرارة بدقة أمرًا بالغ الأهمية، يأتي استخدام الترموكبل. تتناول المقالة تفاصيل ما هي... أنابيب حماية حرارية. وأيضًا، ما مدى أهميتها في التشغيل السلس للأجهزة الحرارية.
جدول المحتويات
نظرة عامة على أساسيات الثرموكبل
ما هي أنابيب الحماية الحرارية؟
الفوائد الرئيسية لأنابيب الحماية الحرارية
نظرة عامة على أساسيات الثرموكبل
ببساطة، يُعدّ الترموكبل مستشعرات حرارة تقيس درجة الحرارة عند نقطة محددة. ما الذي يُوجِّه هذا القياس؟ يحتوي على سلكين معدنيين مختلفين متصلين. يحتوي الترموكبل على جهاز PMMC يقيس القوة الدافعة الكهربائية المتولدة ويحوّلها إلى قيم درجة حرارة.
عند الحديث عن كمية أو طبيعة القوة الدافعة الكهربائية المتولدة، فهي عادةً ما تكون ضئيلة جدًا، بوحدات الملي فولت أو أقل. عادةً ما تُستخدم أجهزة مثل مقياس الجهد أو الجلفانومتر لقياس كمية القوة الدافعة الكهربائية المتولدة.
استخدامات الثرموكبل
غالبًا ما تُعطى المزدوجات الحرارية الأولوية في العديد من التطبيقات نظرًا لمتانتها وسهولة تشغيلها وموثوقيتها. وتتراوح استخدامها من الاستخدام المنزلي إلى الصناعي. وفي التطبيقات التي تتطلب استجابة سريعة ودرجات حرارة عالية وخفة وزن، غالبًا ما يُفضل استخدام المزدوجات الحرارية. فيما يلي بعض الاستخدامات الرئيسية للمزدوجات الحرارية.
- تُعدّ أجهزة قياس الحرارة (الترموكبل) شائعة الاستخدام في صناعة الأغذية والمشروبات. تُستخدم كمستشعرات لمراقبة درجة حرارة الفرن. كما أنها أجهزة استشعار دقيقة في مكانها، وتضمن مراقبة دقيقة لدرجة حرارة سلسلة الغذاء.
- تُعدّ المزدوجات الحرارية أيضًا جزءًا لا يتجزأ من أجهزة البثق. تتطلب أجهزة البثق وضع طرف المستشعر على البلاستيك المنصهر الذي يعمل تحت ضغوط عالية. تُلبّي المزدوجات الحرارية هذه الحاجة بسهولة وكفاءة.
- تُستخدم المزدوجات الحرارية في تطبيقات درجات الحرارة المنخفضة والعالية. ببساطة، تشير تطبيقات درجات الحرارة العالية إلى عمليات الأفران. غالبًا ما تُستخدم المزدوجات الحرارية من نوع S وR وB في هذه التطبيقات.
- يتم استخدام النوع E وK وT وN في التطبيقات ذات درجات الحرارة المنخفضة حتى عند -200 درجة مئوية.
ما هي أنابيب الحماية الحرارية؟
أنبوب حماية حراري يُعدّ أحد المكونات الأساسية التي تضمن دقة وموثوقية الثرموكبل العامل. فهو يحمي الثرموكبل من تأثير الحرارة المباشر والمشاكل البيئية. نستكشف هنا بالتفصيل أنبوب حماية حراريما هي وما هي فوائدها الرئيسية إذا تم استخدامها.
أنبوب حماية حراري ببساطة، هو ما يحمي طرف الترموكبل. وهو غالبًا معدن مقاوم للحرارة يحيط بطرف القياس. كما يوفر عزلًا حراريًا دقيقًا.
في سياق الفرن ذو درجة الحرارة العالية، أنبوب الحماية يحمي أنبوب الحماية المزدوج الحراري من غبار الأكسيد. كما يحميه من الآثار السلبية للإشعاع، ويضمن عدم إصدار الجهاز أي قراءات خاطئة.
أنواع أنابيب الحماية الحرارية
أنابيب حماية حرارية تتكون عادةً من مواد مثل كربيد السيليكون والفولاذ المقاوم للصدأ والألومينا. تُصنف هذه الأنابيب إما كأنابيب حماية سيراميكية أو معدنية. بعض الخصائص الرئيسية لكل نوع: أنبوب الحماية تمت كتابتها من أجل الفهم.
أنبوب الحماية الحراري الخزفي
سيراميك أنابيب حماية حرارية تُستخدم في التطبيقات عالية الحرارة والتآكل. السيراميك بطبيعته مقاوم للتآكل والصدمات والتلف. كما أنه مقاوم للصدمات الحرارية حيث تُتلف تقلبات درجات الحرارة المادة. ولأنه عازل، يُمكن نقل الأسلاك الكهربائية بسهولة عبر الأنبوب.
أنبوب حماية ترموكبل نتريد السيليكون:
أنابيب نيتريد السيليكون هي نوع من أنبوب الحماية الخزفي تشتهر أنابيب نيتريد السيليكون بمتانتها العالية، حيث تبلغ كثافتها 3.2 غ/سم3. وهي متينة ميكانيكيًا، وتتمتع بقوة كسر وضغط تبلغ 950 و3000 ميجا باسكال على التوالي. وتتراوح صلابة الكسر لأنبوب نيتريد السيليكون بين 5 و8.
نتريد السيليكون تتميز الأنابيب عمومًا بمقاومتها للصدمات الحرارية العالية، وتعمل عند درجة حرارة 2000 درجة مئوية. وهي مناسبة للتطبيقات التي تنطوي على تقلبات سريعة وعشوائية في درجات الحرارة. كما يوفر أنبوب الحماية الخزفي المصنوع من نيتريد السيليكون مقاومة للبلل في الأوساط الحديدية.
أنبوب حماية الألومينا:
الألومينا أنبوب حماية حراري توفر مقاومة كيميائية أعلى. وهي غالبًا من النوع أنابيب الحماية الخزفية يُستخدم في البيئات المسببة للتآكل. بفضل نقاء الألومينا العالي، تعمل المزدوجات الحرارية في ظروف صعبة. كما تُسهم خصائص العزل الكهربائي والتوصيل الحراري للألومينا في دقة القياسات.
أنابيب الحماية الحرارية المصنوعة من الألومينا تعمل في نطاق درجة حرارة حوالي ١٦٠٠ درجة مئوية. كثافتها ٤ جم/سم٣، وقوة تحملها للكسر تتراوح بين ٥ و٨. أنابيب الحماية الحرارية المصنوعة من الألومينا كما أن لديها أيضًا قوة ضغط وكسر في نطاق 2500 و 400 ميجا باسكال على التوالي.
أنبوب حماية حراري معدني
تُستخدم أنابيب الحماية المعدنية أيضًا لتوفير حماية إضافية للمزدوجات الحرارية. وهي إما مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ أو من سبائك تتحمل درجات حرارة تصل إلى حوالي 1000 درجة مئوية.
أنبوب حماية من الفولاذ المقاوم للصدأ:
تتميز أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ بمقاومة أكسدة أعلى. حيثما يتطلب الأمر التركيز على المتانة، فإن الفولاذ المقاوم للصدأ أنابيب حرارية إنها الخيار الأمثل. فهي توفر مقاومة جيدة للتآكل بتكلفة أقل. الفولاذ المقاوم للصدأ ترموكبل أنابيب الحماية تُستخدم غالبًا في المواقف التي لا تكون فيها الدقة بالغة الأهمية.
الصيانة المناسبة أمر بالغ الأهمية عند تفضيل الفولاذ المقاوم للصدأ أنابيب الحماية لأن صلابتها أقل بالمقارنة مع أنابيب سيراميكية.
تلخيصًا للقسم أعلاه، مدى ملاءمة كل نوع من أنبوب حماية حراري هو موضوع تطبيقه. على سبيل المثال، في بيئات الأفران، حيث تكون درجات حرارة التشغيل مرتفعة للغاية، يعتمد على المواد المقاومة للحرارة أنابيب الحماية مثل الألومينا هي المفضلة.
الفوائد الرئيسية لأنابيب الحماية الحرارية
أنابيب حماية حرارية تُستخدم في البيئات ذات درجات الحرارة العالية. فهي تعمل كحاجز مادي يُساعد في الحد من التلوث. أنابيب الحماية الحرارية كما يُقلل من التآكل عند تعرض الأسلاك لبيئات قاسية. بعض مزاياه مذكورة أدناه.
- العمر التشغيلي: أنابيب حرارية احرص دائمًا على حماية المزدوج الحراري من البيئات القاسية والتآكلية، مما يزيد في النهاية من عمر مادة القياس. على سبيل المثال، يمنح المزدوج الحراري المصنوع من الألومينا JIS R1401PT1 معيار.
- دقة قصوى: أنبوب حماية حراري تعمل كعوازل تحافظ على سلامة الثرموكبل في نطاقه التشغيلي. أنابيب الحماية كما أنها تُبطئ آثار التآكل والتلوث ودرجات الحرارة المرتفعة. في الواقع، يُمكننا الوصول إلى قيم دقة جيدة بتطبيق أنابيب الحماية إلى أجهزة قياس الحرارة.
- جوانب السلامة: الدقة التي يضمنها أنابيب حرارية يساعد العمال على التحكم في ارتفاع درجة حرارة النظام. كما يُقلل من تلف المعدات ويضمن ظروف عمل آمنة.
- الاستقرار الهيكلي: التصميم المخصص لـ أنبوب الحماية يوفر ثباتًا هيكليًا ممتازًا ومقاومة عالية للصدمات. هذا يضمن أداءً عاليًا للثرموكبل في البيئات المعقدة التي تُسبب ضغطًا شديدًا على سطح المادة.
- اعتبارات التصميم: أنبوب حماية حراري يمكن تعديل التصاميم حسب المتطلبات. الأنواع الرئيسية هي الأنابيب ذات الأطراف المفتوحة أو المغلقة أو المجوفة. تُستخدم الأطراف المفتوحة والمغلقة في الصناعات التي تُفضّل دقة القراءة. يضمن النوع المجوف الحماية من التآكل والتلف.
ملاحظات أسفل الصفحة
سلطت المقالة أعلاه الضوء على الجوانب والفوائد الرئيسية لـ أنابيب حماية حراريةلا غنى عن أنابيب الحماية عند التفكير في فوائدها. فهي تضمن تآكلًا أقل وقراءة دقيقة. ولضمان عمل الثرموكبل، يُفضل إحاطته بـ أنابيب الحماية من المواد المناسبة.