ما هو مزدوجة حرارية
تقيس المزدوجة الحرارية درجة الحرارة بتوليد جهد خاص بها. فمعدنان غير متماثلين يُلْميان عند نقطة واحدة يُنتجان فرق جهد صغيرًا حين تجلس تلك الوصلة على درجة حرارة خلاف ما تجلسه أطراف الأسلاك في الطرف الآخر، ومقدار هذا الجهد يتبع منحنى منشورًا لزوج المعدنين المستعملين. ولا يلزم أن يُوصل شيء بالحسّاس لكي يعمل، وهذه هي الخاصية التي تحسم أين تُستعمل الأزواج الحرارية: عند أعلى مدى درجة الحرارة، وعند أصغر نقاط القياس، وعلى الآلات التي لا ينجو فيها عنصر مقاوم.
والأنواع المحددة بالحروف هي الاختصار لتلك الأزواج المعدنية. فالنوع K هو العمل المعتاد عبر المدى المتوسط والأعلى، والنوع J يخدم التجهيز الأقدم، والنوع T يغطي درجات الحرارة المنخفضة والتبريد، والنوع E يعطي أعلى حساسية بين أزواج المعادن الأساسية، والنوع N طُوِّر لثبات أفضل عند الحرارة، والأنواع R وS وB تستعمل البلاتين والروديوم لأعلى المدى وأشق الأعمال. والاختيار بينها اختيارٌ للمدى والحساسية والجو العام والكلفة، وهو يحسم ما يجب أن يُضبط عليه الجهاز المستلم.
يقصد المشترون المزدوجة الحرارية في حالتين تبدوان مختلفتين وهما مسألة واحدة. الأولى درجة حرارة فوق ما ينجو منه عنصر مقاوم، في العادة أعلى من 500 °C وبكل تأكيد أعلى من 850 °C. والثانية نقطة قياس أصغر من أن يسعها مجس مغمور، أو أسرع، أو في موضع لا يُوصل إليه: أسطوانة قولبة بالحقن، أو شريط تسخين، أو بيت محمل، أو قناة عادم، أو سطح زجاج أو خزف. وفي الحالتين يكون الحاسم ميكانيكيًا لا العنصر.
ما يفصل تجميع مزدوجة حرارية عن آخر نادرًا ما يكون الحرف. إنه شكل الوصلة، ومادة الغلاف الواقي وقطره، وكيف يُمسك المجس بالعملية، وكيف تُعالج الوصلة الباردة في الطرف الآخر. وهذه القرارات الأربعة هي التي تحدّد زمن الاستجابة والعمر والخطأ الفعلي في القياس، وهي الجديرة بالحسم قبل البحث في السعر.
كيفية قياس مزدوجة حرارية
الأثر منسوب إلى سيبك. فحيث يلتقي معدنان غير متماثلين، يدفع فرق الحرارة بين تلك الوصلة وأطراف الأسلاك تيارًا صغيرًا، ويكون الجهد الناتج متناسبًا تقريبًا مع فرق الحرارة على امتداد محدود. وهو ليس متناسبًا على المدى كله، ولهذا كان لكل نوع بحروفه كثير حدود خاص به، وكان لا بد أن يُبلَّغ الجهاز أي نوع يقرأ. وإشارة المزدوجة الحرارية صغيرة أيضًا: عشرات الميكروفولت لكل درجة لأنواع المعادن الأساسية الشائعة، وبضعة ميكروفولت لكل درجة لأنواع البلاتين.
ولأن الجهد يتولد بين وصلة القياس والأطراف التي تنتهي إليها الأسلاك، تكون درجة الحرارة عند تلك الأطراف جزءًا من القياس. والعلاج هو تعويض الوصلة الباردة: يقيس الجهاز درجة حرارة أطرافه الخاصة ثم يضيف الجهد المقابل، فتعكس القراءة وصلة القياس وحدها. والتعويض ليس خيارًا ولا تحسينًا ثانويًا، فبدونه تُبلّغ المزدوجة الحرارية عن فرق درجتي حرارة، واحدة فقط منهما هي المطلوبة.
والمبدأ نفسه يقيّد التوصيل. فكل موضع تلتقي فيه أسلاك المزدوجة بالنحاس هي وصلة مزدوجة حرارية أخرى، لذلك يجب أن تُصنع الدائرة من سلك المزدوجة المقابل، وحيث تُمَدّ، بكابل تعويض أو تمديد من النوع نفسه وبموصلات من السبائك ذاتها. وقرية أطراف نحاسية بين المجس والجهاز لا تُفسد القياس بقدر ما تُدخل وصلتين أخريين مجهولتي الحرارة، والخطأ الذي تُنتجه ثابت وسهل أن يُنسب إلى انجراف الحسّاس.
نتيجتان تترتبان على الوصلة نفسها. فالوصلة المؤرضة تلحم نقطة القياس بالغلاف الواقي، وهذا يعطي استجابة سريعة لأن الحرارة والتيار كلاهما يمران بسهولة، لكنها أيضًا تربط دائرة القياس بما يلمسه الغلاف؛ وعلى معدن مؤرض قد يكون هذا المسار مصدر ضجيج أو تيار دوران. أما الوصلة غير المؤرضة فتعزل نقطة القياس داخل الغلاف الواقي، وهذا يعزل الدائرة بثمن الاستجابة. والوصلة المكشوفة أسرع، وهي تُستعمل حيث لا يكون الوسط مسببًا للتآكل ولا يحتاج إلى إبقائه خارجه.
خيارات التكوين
معظم المواصفات تُحدد بهذه القرارات، لا بفئة الدقة. وكل قرار يقيد ما يليه، ولذلك تُحسم بالترتيب.
| القرار | الخيارات المطلوب حسمها | ما الذي يحسمه فعليًا |
| نوع المعايرة | K أو J أو T أو E أو N أو R أو S أو B، وكابل التمديد المقابل | المدى المستعمل، والحساسية بالميكروفولت لكل درجة، والجو الذي يتحمله الزوج، وما يجب أن يُضبط عليه الجهاز المستلم. وهو القرار الوحيد الذي يُبطل القراءة إبطالًا إن كان خاطئًا. |
| شكل الوصلة | مؤرضة، أو غير مؤرضة، أو مكشوفة؛ وقد تكون الوصلة ملحومة أو جزءًا من تلامس بزنبرك | زمن الاستجابة، والعزل الكهربائي بين دائرة القياس والآلة، وكم من الحماية تنالها الوصلة من الوسط. |
| الغلاف الواقي وقطره | فولاذ مقاوم للصدأ، أو إنكونيل، أو خزف، أو كابل معزول بالمعدن ومضفور، بأقطار من دون المليمتر إلى بضعة مليمترات | كم يستجيب التجميع بسرعة، وما الذي ينجو منه. فالغلاف الواقي الثقيل من سبيكة مقاومة للتآكل يدوم، ويستجيب استجابة الغلاف لا استجابة الوصلة داخله. |
| كيف يُمسك المجس | قابض بزنبرك، أو رأس مسنن، أو وصلة ضغط، أو وسادة لحام، أو طرف عارٍ على سطح | ضغط التلامس وعمق الانغمار، وهما معًا يحسمان ما إذا كانت الوصلة ترى درجة حرارة العملية أم درجة حرارة الحامل الذي يمسكها. |
| معالجة الوصلة الباردة | رأس أطراف على المجس، أو مرسل مركّب على المجس، أو كابل تعويض ممدّد إلى الجهاز | أين يقع التعويض وكم يكلّف المسار. فالإرسال عند المجس يحوّل الجهد الصغير إلى إشارة حلقيّة قبل أن تلتقط التداخل. |
| عدد نقاط القياس | مجس لكل قناة، أو بطاقة دخول متعددة القنوات | هل تحتاج كل نقطة قناة جهاز خاصة بها وتعويضًا خاصًا بها، وهو في الآلات متعددة النقاط الجزء الأكبر من الكلفة غالبًا. |
كيفية اختيار مزدوجة حرارية
| العامل | كيف تحسمه | لماذا يحسم النتيجة |
| أعلى مدى درجة الحرارة | خذ درجة حرارة التشغيل المعتادة وأضف إليها ما تُنتجه العملية فعلًا من تجاوز، لا ما يُفترض أن تُنتجه حلقة الضبط. | النوع بالحروف ومادة الغلاف الواقي كلاهما يتبع ذلك. فزوج من المعادن الأساسية اختير للاقتصاد يكف عن أن يكون الجواب الصحيح قبل بلوغ المدى المطبوع عليه بكثير، حين يؤخذ الجو العام في الحسبان. |
| الجو العام | صرّح بما يكون المجس فيه: هواء، أو غاز مداخن، أو معدن منصهر، أو تفريغ، أو جو مختزل أو مؤكسد، أو سطح ساخن في هواء ساكن. | النوع K عرضة للانجراف في الجو المختزل ولأثر الترتيب قصير المدى حول 250 إلى 550 °C؛ والنوع N طُوِّر جزئيًا للجواب عن ذلك. وأنواع البلاتين هي الجواب عند الحرارة العالية لكنها ليست محصنة من التلوث. |
| زمن الاستجابة المطلوب | احسم ما إذا كان على القراءة أن تتبع عملية متغيرة أم هي قيمة مستقرة لا غير. | الغلاف الرفيع والوصلة المؤرضة أو المكشوفة والكتلة الصغيرة عند الرأس كلها تقصّر الاستجابة، وكل واحد منها يبيع الحماية أو العزل بثمن السرعة. وتجميع بطيء يقرأ عملية متكررة يُبلّغ متوسطًا لم يطلبه أحد. |
| البيئة الكهربائية | بيّن هل المجس مثبّت على معدن مؤرض، وهل قربه وحدات قيادة متغيرة التردد أو سخانات. | إشارة الميكروفولت تلتقط تداخلًا يتجاهله تيار 4-20 mA. والكابل المدرّع أو المضفور والوصلة غير المؤرضة هما الجواب المعتاد، والإرسال عند المجس الجواب الأوفى. |
| المسافة إلى الجهاز | قِس المسار، ثم احسم أين يجب أن تكون الوصلة الباردة. | كابل التعويض أغلى من النحاس وله تفاوت خاص به، فالمسار الطويل أولى به مرسل عند المجس من سلك تعويض طويل إلى غرفة تحكم. |
| هل يجب أن تكون القراءة قابلة للتحقق | اسأل هل سيُطبع الرقم، أو يُدقَّق عليه، أو يُفرج به عن دفعة. | المزدوجة الحرارية العارية لا تحمل معايرة قابلة للتتبع ما لم تُزوَّد بها. وحيث يجب الدفاع عن الرقم، يحتاج التجميع إلى تفاوت موثق وإلى طريق إلى إعادة التحقق. |
البدائل الأقرب
هذه هي الأنواع التي ينصرف إليها عادة طلب الاستفسار عن مزدوجة حرارية، والنقطة التي يُحسم عندها الاختيار فعلًا.
| أقرب بديل | ما الذي يفصله عن المزدوجة الحرارية |
| الأزواج الحرارية من النوع K | نوع بحرف واحد لا العائلة كلها. يُستحسن اختياره حيث يكفي الزوج متعدد الاستعمال المدى والجو العام، ويُتجنب حيث تجلس العملية في نطاق الترتيب أو تسير مختزلة. |
| حسّاسات درجة الحرارة RTD | تقيس المقاومة بدل أن تولّد جهدًا، فهي تحتاج تيار إثارة وتُعطي إشارة أبطأ وأكبر وأثبت. وحيث تكون درجة الحرارة داخل مدى العنصر البلاتيني وحيث يجب أن تتفق القراءة بين الأجهزة، فحسّاس RTD هو الجهاز الأفضل والمزدوجة الحرارية ليست مكافئًا له. |
| كاشفات درجة الحرارة بالمقاومة | العنصر المقاوم العاري أو جزء الاستشعار، يُجهَّز بأسلاك لا كتجميع مثبت بوصلية عملية. يُختار حيث الهيكل والوصلة من تجهيز المشتري نفسه. |
| مرسلات درجة الحرارة | لا تقيس شيئًا وحدها. تقرأ المزدوجة الحرارية وتحوّل الجهد الصغير إلى إشارة حلقيّة قبل أن تنتقل، وهكذا تُوصَل المزدوجة الحرارية عادةً حين يكون الجهاز على بُعد أكثر من أمتار قليلة. |
| مقاييس الحرارة بالأشعة تحت الحمراء | تقرأ سطحًا دون تلامس، فيمكنها قياس هدف متحرك أو يتعذر الوصول إليه لا يمسّه مجس. وهي تقيس سطحًا لا الكتلة، ويجب أن تُعرف الانبعاثية، فهي تُتمّم المزدوجة الحرارية بدل أن تحل محلها. |
| متحكّمات درجة الحرارة | تأخذ إشارة المزدوجة الحرارية وتدير سخانًا أو مبردًا نحو قيمة مطلوبة. وهي الجهاز الذي يُوصل به المجس على الآلة، وهي الجزء الذي يجب ضبطه على النوع نفسه بالحرف. |
النوع بالحروف هو ما تسميه طلبات العروض أولًا وهو ما يحسم أقل. شكل الوصلة والغلاف الواقي وكيف يُمسك المجس هي التي تحسم ما إذا كان القياس سينجح.
ما يجب تضمينه في الاستفسار
يمكن أن يكون الرد الأول عرض سعر بدل مجموعة من الأسئلة إذا كان الاستفسار يتضمن هذه المعلومات. وعندما لا يكون الرقم معروفًا، أرسل وصف الوظيفة وسنؤكّد ما يترتب عليه.
- نوع المعايرة المطلوب، أو مدى درجة الحرارة والجو العام إن كان النوع مفتوحًا
- درجة حرارة التشغيل المعتادة وأعلى تجاوز تبلغه
- الجو العام أو الوسط الذي يراه المجس، وهل هو مسبب للتآكل أو مختزل
- كيف يُمسك المجس: قابض بزنبرك، أو سنون، أو وصلة ضغط، أو تلامس سطحي
- قطر المجس وطوله وعمق إدخاله، والحيز المتاح عند نقطة القياس
- شكل الوصلة، مؤرضة أو غير مؤرضة، مع سبب التصريح به إن حُدِّد
- طول الأسلاك أو طول التمديد، ونوع الكابل المستعمل أصلًا
- كم يبعد الجهاز، وهل يُطلب مرسل أم رأس أطراف
- زمن الاستجابة الذي يحتاجه الاستعمال
- الكمية، وميناء الوصول، وتاريخ التسليم المطلوب