تصنيف المقاومة الحرارية

1. مبدأ عمل المقاومة الحرارية: تُعدّ المقاومة إحدى أهم الخصائص الفيزيائية للأجسام. وبناءً على مبدأ تغير مقاومة الموصلات المعدنية بتغير درجة الحرارة، يُطلق على مقياس الحرارة الذي يحصل على قيمة درجة الحرارة بشكل غير مباشر عن طريق قياس قيمة مقاومة الموصل اسم مقياس حرارة المقاومة الحرارية. يُطلق على التغير النسبي في قيمة المقاومة عند تغير درجة الحرارة بمقدار درجة مئوية واحدة اسم معامل درجة حرارة المقاومة، ويُرمز له بالرمز α. يتكون عنصر استشعار درجة الحرارة في المقاومة الحرارية من سلك معدني رفيع ملفوف بشكل منتظم على هيكل مصنوع من مادة عازلة، وبالتالي فإن درجة الحرارة المقاسة هي متوسط ​​درجة الحرارة في كامل مساحة عنصر استشعار درجة الحرارة. وبحسب مادة عنصر المقاومة الحرارية، تُقسم إلى مقاومة بلاتينية ومقاومة نحاسية، وما إلى ذلك. 1.1 المقاومة البلاتينية: يُعدّ البلاتين المادة الأمثل لصنع المقاومة الحرارية، إذ تتميز خصائصه الفيزيائية والكيميائية بثباتها العالي، وخاصة مقاومته القوية للأكسدة، ومقاومته العالية، وجودة تصنيعه. تتميز المقاومة البلاتينية المصنعة بدقة عالية بقابلية تكرار عالية (تصل إلى 10⁻⁴ كلفن)، مما يجعلها أفضل من جميع أنواع الترمومترات الأخرى. يمكن التعبير عن منحنى خصائص المقاومة الحرارية للمقاومة البلاتينية بالصيغة التالية: عندما تكون درجة الحرارة بين 0 و850 درجة مئوية: Rt = Ro(1 + At + Bt²)، وعندما تكون درجة الحرارة بين -200 و0 درجة مئوية: Rt = Ro[1 + At + Bt² + C(t - 100)t³]، حيث Rt وRo هما قيم المقاومة عند درجة الحرارة t و0 درجة مئوية على التوالي، وA = 3.90802 × 10⁻³، وB = -5.80195 × 10⁻⁷، وC = -4.27350 × 10⁻¹². 1.2 المقاومة النحاسية: يُعد النحاس مادة مثالية لصنع المقاومات الحرارية، فهو منخفض التكلفة، سهل التنقية، وذو معامل مقاومة حرارية عالٍ، وقابلية تكرار جيدة، وسهل التشكيل إلى أسلاك نحاسية معزولة. تتميز المقاومة النحاسية بخاصية خطية تقريبًا في نطاق -50 إلى 150 درجة مئوية، مما يجعلها مثالية لقياس درجات الحرارة في هذا النطاق. ويمكن التعبير عن خاصية المقاومة النحاسية بالصيغة التالية: Rt = Ro(1 + αt). ثانيًا، مقارنة الخصائص بين المقاومة الحرارية والمزدوجة الحرارية: 1. الدقة: تتميز المقاومة النحاسية بأعلى دقة بين جميع مقاييس الحرارة الشائعة الاستخدام، حيث تصل إلى 10⁻⁴ كلفن. ويمكن أن تصل أعلى دقة إلى 0.2 درجة مئوية. 2. الاستقرار: في بيئة مناسبة ذات اهتزازات منخفضة، يمكنها الحفاظ على استقرار أقل من 0.1 درجة مئوية لفترة طويلة. بعد الحفاظ على درجة حرارة التشغيل القصوى لمدة 250 ساعة، يكون التغير في الجهد الكهروحراري حوالي 4 درجات مئوية. 3. حساسية هذا الجهاز أعلى بعشرة أضعاف من حساسية المزدوجة الحرارية، ويبلغ خرجه حوالي 0.4 أوم/درجة مئوية. عند تيار 2 مللي أمبير، يكون خرج الجهد 0.8 مللي فولت/درجة مئوية. حساسيته أعلى من حساسية المقاومة الحرارية. أما إشارة الخرج، فهي أقل بعشرة أضعاف، وتتراوح بين 0.005 و0.080 مللي فولت/درجة مئوية. 4. نطاق درجة الحرارة: من -200 إلى 850 درجة مئوية. نطاق قياس واسع لدرجة الحرارة، من -200 إلى 2300 درجة مئوية. 5. زمن الاستجابة: كلما زاد حجم المكون، زادت سرعة قياس درجة حرارة السطح. أما عند قياس درجة حرارة نقطة معينة، فيكون زمن الاستجابة سريعًا، ويصل إلى 0.1 ثانية. 6. مقاومة الاهتزاز: عنصر قياس درجة الحرارة ذو السلك المعدني الرقيق ضعيف المقاومة للصدمات الميكانيكية والاهتزازات. بينما يتميز سلك عنصر قياس درجة الحرارة بسماكته وسهولة لحامه، مما يمنحه مقاومة جيدة للاهتزازات. 7. مناسب للاستخدام في ظروف الأكسدة الجوية، والأكسدة المحايدة، والاختزال، والحياد، والفراغ. شاشة العرض سهلة الإخراج، لكن خطية الإخراج فيها أسوأ من المقاومة الحرارية، وشاشة العرض سهلة النقل. يصل قطرها إلى 0.25 مم. ثالثًا، خصائص المقاومة الحرارية المدرعة: المقاومة الحرارية المدرعة هي نوع جديد من المقاومات الحرارية تم تطويره بناءً على المقاومة الحرارية المجمعة بالاستفادة من تقنية تصنيع المزدوجات الحرارية المدرعة. تتميز هذه المقاومة بالانحناء، وسرعة الاستجابة الحرارية، وسهولة التركيب والاستخدام. ولأن المقاومة الحرارية لا تتطلب مقاومة عالية للتآكل في درجات الحرارة المرتفعة، فإن المقاومة الحرارية المدرعة، التي تستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ كأنبوب واقٍ، يمكن أن تحل محل المقاومة الحرارية الأصلية تمامًا، مما يجعلها مناسبة للإنتاج بكميات كبيرة، ومنخفضة التكلفة، وأكثر مقاومة للاهتزاز، وذات إحكام جيد، وعمر خدمة طويل. في السنوات الأخيرة، يستخدم المزيد والمزيد من المصنّعين المقاومة الحرارية المدرعة كعنصر أساسي في المقاومة الحرارية المجمعة لتطوير المقاومة الحرارية المجمعة التقليدية. ومع تطور التكنولوجيا وتقدم مفهوم الاستخدام لدى الناس، سيتم استبدال المقاومة الحرارية المجمعة بالكامل في نهاية المطاف بالمقاومة الحرارية المدرعة. تُصنع المقاومة الحرارية المدرعة أولاً عن طريق تمرير سلك المقاومة الحرارية (عادةً سلك نيكل نقي) داخل مادة عازلة من أكسيد المغنيسيوم، ثم داخل أنبوب واقٍ من الفولاذ المقاوم للصدأ. بعد عدة عمليات سحب وتقليص وتلدين، تتشكل المقاومة الحرارية المدرعة (مادة مكافئة لمادة المزدوجة الحرارية المدرعة). بعد ذلك، يُلحم عنصر استشعار درجة الحرارة في المقاومة الحرارية مع سلك المقاومة الحرارية المدرع بعد قصه إلى الطول المطلوب وتجريده من السلك. وأخيرًا، تُصنع أطراف القياس وأجهزة التثبيت بنفس طريقة صنع المزدوجة الحرارية المدرعة. نظرًا للمقاومة العالية لسلك المقاومة الحرارية المدرعة، لا يوجد سلك ثنائي، وعادةً ما يكون ثلاثي الأسلاك، وقد يتطلب الأمر تحديد سلك رباعي الأسلاك.