• ما هو الازدواج الحراري

هو من أبسط أنواع المجسات المستخدمة في قياس درجات الحرارة وأكثرها انتشاراً وخاصة في درجات الحرارة المرتفعة. ويتكون من سلكين من نوعين مختلفين من السبائك (المعادن) موصولين في نهاية واحدة. عند ارتفاع درجة الحرارة يتولد فرق جهد قليل بين طرفي الأسلاك. ويتناسب فرق الجهد مع فرق درجات الحرارة ويعتمد أيضاً على المادة المصنوع منها.

• التركيب

يتكون من وصلتين وصلة القياس (الجس، الحارة، الساخن +) والوصلة المرجعية (الباردة، وصلة المرجع السالبة -) لاحظ الشكل (1) ويتوفر منه عدة أنواع بناءً على مادة السبائك المصنوع منها، ومنها مشهور مثل (J, K, T, E)

شكل (1)

وهناك أنواع أخرى مثل (R, S, C, G, B) وهذه تستخدم لدرجات الحرارة العالية جداً، والجدول (1) يوضح بعض ميزات أشهر الأنواع. وكل واحد منها له مدى حراري وخصائص خاصة به.

جدول (1) ميزات الأنواع المشهورة من الازدواج الحراري

• السبائك المستخدمة:

1- Constantan كونستانتان تتركب من نحاس 55% ونيكل 45%

2- Chromel كروميل يتكون من نيكل 90% وكروم 10%

3- Alumel ألوميل يتكون من نيكل 95% ومنغنيز 2.5% وألمنيوم 2% وحديد 0.5%

• طريقة اختيار الازدواج الحراري

يستخدم الازدواج الحراري في التحكم الصناعي بشكل كبير لإمكانيته الواسعة لقياس درجات الحرارة وتحمّله ظروف تشغيليّة صعبة. ويختار الازدواج الحراري بناءً على:

1- المدى الحراري.

2- الظروف الكيميائية المحيطة.

3- مقاومة الاهتزاز والتآكل.

4- المواءمة مع الدوائر الإلكترونية.

• ميزاته

1- يخدم طويلاً.

2- يقاوم الصدمات والاهتزاز والتآكل.

3- مدی درجات حرارة واسع.

4- سهل التصنيع.

5- لا يحتاج إلى طاقة.

6- لا يستهلك طاقة حرارية (لا يضيع طاقة حرارية).

 7- صغير الحجم.

• مساوئه:

1- يعطي فرق جهد قليل.

2- غير خطي.

• تغليف الازدواج الحراري

يغلف الازدواج الحراري بمواد مقاومة للصدأ والتآكل ومقاومة لتغيرات درجات الحرارة وتحمي من الصدمات، وتكون ذات معامل توصيل حراري عال ومن أشهرها:

1- مؤرض grounded داخلي وملامس للغلاف يوفر تبادلاً جيداً للحرارة وسريع الاستجابة

2- المعزول - غير مؤرض – ungrounded داخلي وغير ملامس للغلاف وبطيء الاستجابة، ولكن يوفر عازلية جيدة للكهرباء.

3- المكشوف exposed أسرع من سابقيه، ولكن مقاومته للعوامل المحيطة (الخارجية) ضعيفة، ولا يقاوم التآكل، فهو محدود الاستخدام في الجو الجاف فقط، ولا يصلح في تطبيقات الضغط

شكل (2)

• منحنى الجهد والحرارة

يبين الشكل (3) منحنى خصائص الجهد – درجة الحرارة لبعض أنواع الازدواجات الحرارية، ويلاحظ من المنحنى أن العلاقة غير خطية.

من التجارب العملية تبين أن العلاقة للازدواج الحراري نوع T قطره 0.2 ملم لدى درجات حرارة 90 – 20 درجة مئوية هي:

V = (- 0.0173 + 0.041937t) mv

شكل (3)

مثال:___________________________________________

تحويل درجة الحرارة إلى جهد كهربائي: من الناحية النظرية عند استخدام ازدواج حراري من نوع K مثلاً نلاحظ أنه من الجدول (1) يعطي 38.3 ميكروفولت لكل درجة حرارة، في هذا المثال نفرض أن درجة الحرارة تغيرت من 100 – 0 درجة مئوية (على فرض أن العلاقة خطية على الفترة المختارة وفرق الجهد على درجة حرارة الصفر يساوي صفراً). يكون فرق الجهد الناتج: V = 100 × 38.8 uv = 0.388m

إذن نحتاج إلى دارة مضخم لتكبير الإشارة الناتجة من الازدواج الحراري، ونختار مضخماً ذا معامل تكبير عال وليكن 10⁴ فيكون التغير في الجهد من V3.38 – 0.

دارة المضخم التي تم اختيارها في هذا المثال مضخم العمليات الطارح مع معمل تكبير 10⁴ لاحظ الشكل (4) حيث تكون 10⁴ =  R_in/R_f  إذا كانت 1000 = R_in تكون R = 1MΩ.

ممكن استخدام فرق الجهد الناتج من الدارة في عمل دارة ميزان حراري إلكتروني أو ممكن استخدامه في التحكم بالعمليات الصناعية.