ما هي التطبيقات الرئيسية لمقاييس الحرارة ثنائية المعدن في الصناعة؟

نظرة عامة: ما هي موازين الحرارة ثنائية المعدن؟

موازين الحرارة ثنائية المعدن هي أجهزة ميكانيكية تقيس درجة الحرارة باستخدام التمدد التفاضلي لمعدنين مرتبطين بمعاملات تمدد حراري مختلفة. فهي تحول التغيرات في درجات الحرارة إلى حركة دوارة أو خطية، وعادة ما يتم عرضها على القرص. نظرًا لأنها لا تحتاج إلى طاقة خارجية، فهي قوية وتوفر سهولة التركيب وسهولة القراءة، تظل موازين الحرارة ثنائية المعدن مستخدمة على نطاق واسع في العديد من البيئات الصناعية حيث تعد البساطة والموثوقية والتكلفة المنخفضة من الأولويات.

كيف تعمل موازين الحرارة ثنائية المعدن (المبدأ)

عادةً ما يكون عنصر الاستشعار في مقياس الحرارة ثنائي المعدن عبارة عن شريط أو ملف مصنوع من معدنين مصفحين معًا. عندما تتغير درجة الحرارة، تتمدد المعادن بمعدلات مختلفة، مما يتسبب في ثني الشريط أو الملف أو التواءه. يتم نقل هذا الإزاحة الميكانيكية من خلال التروس إلى مؤشر على قرص مُعاير أو إلى مخرج ميكانيكي آخر. هناك نوعان من تكوينات العناصر المشتركة:

عناصر من النوع الشريطي

عناصر الشريط مسطحة وتنحني بشكل متناسب مع درجة الحرارة. يتم استخدامها غالبًا عند الحاجة إلى استجابة خطية وشكل مدمج لقياسات درجة حرارة السطح أو الهواء.

عناصر ملفوفة

عناصر ملفوفة (spiral or helix) amplify movement in a compact space and are commonly found inside dial thermometers used for liquid or gaseous media. The coil unwinds or tightens, rotating the pointer with predictable, repeatable motion.

التطبيقات الصناعية الأولية

تعمل موازين الحرارة ثنائية المعدن في صناعات متنوعة حيث تكون الصلابة والتشغيل بدون طاقة كهربائية مفيدًا. فيما يلي مجالات التطبيق الرئيسية مع تفاصيل عملية حول كيفية نشرها وسبب اختيارها على تقنيات الاستشعار الأخرى.

خدمات التكييف والبناء

في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، تُستخدم موازين الحرارة ثنائية المعدن لمراقبة درجات حرارة مجاري الهواء، ودرجات حرارة الماء العرض/الإرجاع، ودرجات حرارة الغرفة المحيطة. إن أقراصها سهلة التركيب على الحائط أو القناة والقراءة المباشرة تجعلها مناسبة للفنيين الميدانيين وفحوصات تجاوز أتمتة البناء. متطلبات الدقة النموذجية معتدلة (±1-2 درجة مئوية)، والتي تلبيها الوحدات ثنائية المعدن بشكل روتيني بتكلفة منخفضة.

أنظمة توليد الطاقة والغلايات

غالبًا ما تستخدم الغلايات وأنظمة مياه التغذية وخطوط البخار موازين الحرارة ثنائية المعدن للإشارة المحلية إلى درجات الحرارة. يتحمل تصميمها الميكانيكي القوي الاهتزازات ونطاقات درجات الحرارة الواسعة وصدمات الضغط العرضية. تشتمل التركيبات الشائعة على موازين حرارة مثبتة على شفة على رؤوس البخار ومسبارات يتم إدخالها في الجيب لخزانات مياه التغذية.

البتروكيماويات والنفط والغاز

في مصانع البتروكيماويات ومصافي التكرير، تُفضل موازين الحرارة ثنائية المعدن للمراقبة المحيطة، ودرجات حرارة غلاف خطوط الأنابيب، ونقاط العملية غير الحرجة. فهي متينة في التركيبات الخارجية وآمنة بشكل جوهري في العديد من التكوينات لأنها لا تحتوي على دوائر كهربائية. بالنسبة للمناطق الخطرة، يتم اختيار المساكن المقاومة للانفجار والمواد المناسبة لتلبية معايير السلامة.

الأغذية والمشروبات وإنتاج الأدوية

تتطلب خطوط المعالجة وأجهزة البسترة وصهاريج التخزين فحوصات موثوقة لدرجة الحرارة. تُستخدم موازين الحرارة ثنائية المعدن للإشارة الثانوية/المحلية حيث تكون أجهزة الاستشعار الإلكترونية غير ضرورية أو كفحوصات زائدة للتحقق من أجهزة الاستشعار الرقمية. عادةً ما يتم تحديد مجسات الفولاذ المقاوم للصدأ والوصلات الصحية لتلبية بروتوكولات التنظيف والنظافة.

التصنيع والمعالجة الحرارية والأفران

بالنسبة للأفران والمجففات الصناعية وبعض عمليات المعالجة الحرارية، توفر موازين الحرارة ثنائية المعدن مراقبة مباشرة لدرجات حرارة الهواء أو السطح. على الرغم من أنها ليست خيارًا للتحكم الدقيق في العمليات، إلا أنها مفيدة للتحقق من نقطة الضبط، وفحوصات الصيانة، وأقفال السلامة حيث يكفي وجود مؤشر ميكانيكي بسيط.

معايير الاختيار: اختيار مقياس الحرارة المناسب لنظام المعدنين

يتطلب اختيار الأداة الصحيحة مراعاة نطاق درجة حرارة التشغيل، والدقة، وأسلوب التثبيت، وتوصيل العملية، وطول المسبار وقطره، وتوافق المواد، والظروف البيئية مثل الاهتزاز أو الأجواء المسببة للتآكل. تشمل العوامل المهمة ما يلي:

• نطاق درجة الحرارة والدقة المطلوبة (قياسي ±1-2 درجة مئوية؛ الوحدات المتخصصة أكثر إحكامًا).
• الإدخال مقابل التثبيت السطحي - تحمي الجيوب والآبار الحرارية العنصر من أجل الانغماس في السوائل ذات الضغط العالي أو السوائل المسببة للتآكل.
• مواد البناء مثل الفولاذ المقاوم للصدأ أو Hastelloy للمقاومة الكيميائية.
• حجم الطلب وسهولة القراءة للإشارة عن بعد أو المحلية.
• متطلبات الامتثال - المساكن المقاومة للانفجار، والتجهيزات الصحية، أو معايير الصناعة.

التثبيت والمعايرة والصيانة

يحافظ التثبيت السليم والمعايرة الدورية على الدقة ويطيل عمر الخدمة. تشمل الممارسات النموذجية تركيب مقياس الحرارة في بئر حراري مناسب للسوائل المضغوطة، وتجنب التعرض المباشر لاضطرابات التدفق التي تسبب قراءات غير منتظمة، واختيار عمق غمر المسبار وفقًا لهندسة العملية. تعتمد فترات المعايرة على درجة الأهمية - تعد عمليات الفحص السنوية شائعة بالنسبة للنقاط غير الحرجة، بينما قد تتطلب العمليات الحرجة التحقق بشكل متكرر.

نصائح المعايرة الميدانية

يمكن إجراء المعايرة باستخدام حمام جليدي (0 درجة مئوية) وزيت يتم التحكم في درجة حرارته أو معاير الكتلة الجافة. بالنسبة لمقاييس الحرارة القرصية، فإن ضبط المؤشر وفحص المدى عند نقطة واحدة أو أكثر يساعد في تأكيد الخطية. يعد توثيق تاريخ التعديل أمرًا مهمًا لإمكانية التتبع في الصناعات الخاضعة للتنظيم.

المزايا والقيود

توفر موازين الحرارة ثنائية المعدن العديد من المزايا: فهي بسيطة في جوهرها، وخالية من الطاقة، ومنخفضة التكلفة، وتتحمل التعامل القاسي، وتوفر مؤشرًا بصريًا فوريًا. ومع ذلك، لديهم قيود: دقة معتدلة مقارنة بـ RTDs أو المزدوجات الحرارية، ووقت استجابة أبطأ، والانجراف المحتمل على مدى فترات طويلة جدًا أو ركوب الدراجات في درجات الحرارة القصوى. في حلقات التحكم الدقيقة وتطبيقات تسجيل البيانات، عادة ما تتفوق أجهزة الاستشعار الإلكترونية على الأجهزة ثنائية المعدن.

مقارنات الحالات العملية (الجدول)

أفضل الممارسات واستكشاف الأخطاء وإصلاحها

لتحقيق أقصى قدر من الموثوقية: اختر النطاق المناسب وطول الجذع، وقم بحماية العنصر باستخدام بئر حراري لتطبيقات الضغط، وتجنب التثبيت حيث تؤدي الحرارة المشعة المباشرة إلى انحراف القراءات، وقم بجدولة عمليات الفحص الروتينية. إذا انحرفت القراءات أو أصبحت غير خطية، فتحقق من وجود ارتباط ميكانيكي في الحركة، أو تآكل عنصر الاستشعار، أو تلف ناتج عن درجات الحرارة الزائدة عن النطاق.

الخلاصة: متى تختار موازين الحرارة ثنائية المعدن

تعتبر موازين الحرارة ثنائية المعدن مثالية للمؤشر المحلي في نقاط التحكم غير الحرجة، والبيئات التي تكون فيها الكهرباء غير مرغوب فيها، وحيث يلزم حل دائم ومنخفض التكلفة. تظل خيارًا عمليًا في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC)، والغلايات، والمراقبة الثانوية للبتروكيماويات، والنسخ الاحتياطية لمعالجة الأغذية، والعديد من إعدادات التصنيع. بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب دقة عالية أو استجابة سريعة أو تكاملًا رقميًا، فكر في استكمال الوحدات ثنائية المعدن باستخدام RTDs أو المزدوجات الحرارية أو أجهزة الاستشعار الإلكترونية مع الاحتفاظ بالأدوات ثنائية المعدن للتكرار والفحوصات البصرية.