المزدوجة الحرارية المشبَّكة على الأنبوب

تقيس المزدوجة الحرارية المشبَّكة على الأنبوب حرارة سطح آلة أو نقطة مثقَّبة بإسناد مجس نابضي إليه. وتقع وصلة القياس داخل طرف فولاذي صغير، والجسم الذي يحمله مشبَّك دوّار بنابض ممدود، فيمكن ضبط عمق الإدخال عند موضع القياس بدل أن يحدّه طول المجس. وعلى آلات التشكيل بالحقن، وآلات البثق، والقوالب، وأشرطة التسخين، يكون هذا غالبًا الفرق العملي: فيجب ضغط المجس في فوهة أو مِزراق أو شريط في موضع لا يسع تجميعًا ملولبًا ولا يفسح مجالًا لمفتاح ربط.

والبناء في هذه الصفحة النوع K قياسيًا، ويُعرَض النوع E وعنصر PT100 للمقاومة في الجسم نفسه. فيغطّي النوع K من 0 إلى 800 °C، والنوع E من 0 إلى 400 °C، وPT100 من -200 إلى 450 °C. والرأس الملولب من فولاذ لا يصدأ بسنّ M12×1,5 ويُفكّ، فيبقى مجس بسيط مشبَّك على الأنبوب حيث لا يكون هناك نتوء ملولب يُستعمل. والسلك غلاف مضفَّر من فولاذ لا يصدأ فوق كابل مدرَّع عالِم الحرارة، بأطوال من 1 إلى 5 m، ومادة الطرف حديد.

والوصلة مألَّمة لا مفلولة. وتُشدِّد المادة المورَّدة على هذه النقطة: فالموصلتان تُلحمان داخل الطرف بالقوس الأرغوني وتعزلهما أنبوبة خزفية عالية التردّد، وهذا بناء مختلف عن العادة الشائعة في فتل الموصلتَين معًا، وهو الفرق الذي يظهر في الاستقرار عند أعلى المدى.

كيف تعمل المزدوجة الحرارية

تُنتج المزدوجة الحرارية جهدًا لا مقاومة. ففلزّان مختلفان موصولة عند نقطة واحدة تُولّدان فرق جهد صغير حين تجلس تلك الوصلة على حرارة مغايرة لطرف الأسلاك الآخر، والجهد بضعة عشرات من الميكرو فولت لكل درجة. ولا يجب أن يُغذَّى الحسّاس لكي يعمل، ولهذا تليق المزدوجة الحرارية بأعلى مدى الحرارة حيث تنجرف المقاومة المعدنية، ولهذا يمكن أن تُصنع صغيرة جدًّا.

والمبدأ نفسه يضع القيود. فالحين يتولّد الجهد بين وصلة القياس والأطراف حيث تهبط الأسلاك، فصارت حرارة تلك الأطراف جزءًا من القياس: فيجب أن تعرف الأداة حرارة الأطراف وتعوّض لها. وهذا يعني أيضًا أنّ الدائرة يجب أن تُبنى بسلك المزدوجة الحرارية المطابق طوال المسار. فكل موضع يلتقي فيه سلك المزدوجة الحرارية بموصِل نحاسي هو نفسه وصلة مزدوجة حرارية، وواحدة ليست عند حرارة الأطراف تُضيف خطأً لا وصلةً.

والوصلتان في المادة المورَّدة تنبثقان من بناء الطرف. ففي الوصلة المؤرَّضة يكون الملحوم كذلك في تماس كهربائي مع الغلاف، فتصله الحرارة سريعًا ويكون الاستجابة سريعًا، لكنّ دائرة القياس تُربط بما يلمسه الغلاف. وفي الوصلة غير المؤرَّضة يجلس الملحوم معزولًا داخل الطرف، فيعزل الدائرة مقابل استجابة أبطأ. وتعرض المادة الصيغتَين ولا تنصّ على زمن استجابة لأيٍّ منهما، فالقرار على أساس التركيب لا رقم منشور.

وتنبثق خاصّتان عمليّتان أخريان من البناء. فالضفيرة فوق الكابل واقي ميكانيكي وحاجز في آن، وهو ما يهمّ على آلة تحمل قوادات وسخّانات حيث تلتقط إشارة ميلي فولت غير مدرَّعة تداخلاً. والغلاف فولاذ بينما الطرف حديد، فيتحمّل المجس التماس مع الآلة من دون أن يصير السلك جامدًا هشًّا كما يفعل كابل بوليمري بسيط قرب شريط ساخن.

كيف تختار المزدوجة الحرارية المشبَّكة المناسبة

ابدأ بالحرارة والأداة. فيتبع نوع المعايرة المدى: النوع K إلى 800 °C، والنوع E إلى 400 °C، أو صيغة PT100 حيث يلائم عنصر المقاومة الأداة أكثر. ومن هناك يكون القرار مفروضًا، لأنّ الحسّاس يجب أن يلائم نوع مدخل أداة الحرارة الموصولة به. فصيغة PT100 على مدخل النوع K يعرض قراءة معقولة وخاطئة، وهذا بالضبط ما تُنبّه إليه المادة المورَّدة.

ثم التركيب. فحيث يكون للآلة نتوء ملولب عند نقطة القياس، يُبرم الرأس الفولاذي بسنّ M12×1,5 فيه ويحدّد النابض ضغط التماس. وحيث لا يكون، يُفكّ الرأس ويُشبَّك المجس مباشرة. ومقعد المشبَّك 11,5 mm من الداخل و13 mm من الخارج بارتفاع 18 mm، ويتوفّر عند الطلب نسختا 12 mm و14 mm، فيجب أن يلائم المقعدَ النتوءَ أو الثقب الذي يجلس فيه.

ثم شكل الوصلة، مؤرَّضة أو غير مؤرَّضة، للأسباب المتقدّمة: السرعة مقابل العزل.

ثم السلك. فالمدى القياسي من 1 إلى 5 m مع 1 m و5 m و7 m مسماةً الأطوال المعتادة، وأطوال أخرى عند الطلب. ومسار أطول من المدى القياسي يعني تمديدًا، والتمديد يجب أن يكون من سلك المزدوجة الحرارية نفسه بموصلات مطابقة؛ ولا تحدّد المادة المورَّدة تلك. وحيث يمرّ السلك قرب سطح ساخن، أو على محور متحرّك، فالضفيرة هي ما يحميه، وأدنى نصف قطر ثني لذلك غير منصوص عليه.

وأخيرًا التوصيل. فالأطراف الشوكية قياسية مع الأحمر للموجب والأزرق للسالب. وحيث لا يقبل طرف الأداة شوكة، يمكن جعل أطراف دبّوسية عند الطلب.

الحدود والنقاط المطلوب تأكيدها

الحسّاس ليس أداة قياس قابلة للتتبع بذاتها. فالمادة المورَّدة لا تعطي فئة دقة ولا تفاوتًا للمزدوجة الحرارية، ولا زمن استجابة، فتذكر الصفحة المدى لا لايقين قياس. وحين يجب أن يُدافَع عن قراءة، فيحتاج المجس أن يُقرَن بمُرسل أو أداة معروفة الدقة ومُتحقَّق منها، بشكل مثالي، مقابل مرجع.

والسلك حدّ يسهل إغفاله. فجهاز مقدَّر إلى 800 °C عند الطرف لا يعني أنّ السلك ينجو من 800 °C، ولا تنصّ المادة المورَّدة على تقدير حرارة الكابل ولا عزلته. لذا تُنظر نقطة القياس والمسار الذي يسلكه السلك منفصلَين.

وبعض الخصائص المسمّاة في المادة غير مُقدَّرة. فالمجس موصوف بأنّه يقدر على الانثناء وعلى تحمّل ضغط عالٍ، لكن لا نصف قطر ثنى أدنى منصوص ولا رقم ضغط، فلم يُنشَر أيٌّ منهما هنا. كما تعطي المادة مدى سلك قياسيًّا من 1 إلى 5 m ثم تُدرج 7 m ضمن الأطوال المعتادة، وهو خارج ذلك المدى كما نُصّ.

وأخيرًا التعريف مفتوح. فالمادة المورَّدة تعطي نوع المعايرة في خانة الطراز لا رقم قطعة، ونوع المعايرة مشترك بين كل مورّد للمزدوجة الحرارية نفسها، فلم يُستعمل هنا معرِّفًا. فيجب أن يذكر الطلب نوع المعايرة، وشكل الوصلة، وطول السلك، والتوصيل، وأبعاد مقعد المشبَّك.