مزدوجة حرارية

المزدوجة الحرارية هي مكون كهربائية تستخدم في قياس درجات الحرارة. لهذا النوع من قطع القياس أهمية كبيرة في قياس درجات حرارة عالية القيمة.

المزدوجة الحرارية (أخضر) موصول بجهاز القياس.يقيس هنا درجة حرارة الغرفة °C.

من ميزاته: كلفة التصنيع المنخفضة والتصميم القوي وسهولة الاستعمال خاصة عند استخدامه في أنظمة قياسية معقدة ومتغيرة.

طريقة العمل

تتألف المزدوجة من معدنين مختلفين متصلين ببعضهما البعض عند طرف المزدوجة.

عند حدوث اختلاف حراري في طرف المزدوجة الذي يحوي بدوره طرفي المعدنين المختلفين، يتكوّن توتر كهربائي تناسبي للحرارة المارّة في كل من الفلزين. فكلما زادت حرارة المعدن، تولّد تيار كهربائي أكبر.

و بهذا يمرّر كل طرف لمعدن، حرارة مختلفة عن الممرّرة من المعدن الآخر، فيصل إلى الطرف الآخر تياران كهربائيان مختلفان. وعند هذا الطرف الذي يربط المعدنين ببعضهما، يتولّد جهد كهربائي نظرا لوجود اختلاف بالتيار.

و يقوم مكوّن إلكتروني بقياس هذا الجهد الموّلد، ويحوّل قيمته حسب الحاجة إلى قيمة حرارية تظهر على شاشة عرض، أو تمرر القيمة إلى مكوّن آخر لاستعمالها في آلة قياسية أخرى أو ما شابه ذلك.

الخلفية العلمية

الخلفية العلمية لطريقة العمل تعتمد على معامل سيبك الذي إكتشفه العالم الألماني توماس سيبك.

عندما تتغيّر حرارة معدن ما، تتحرك إلكتروناته بطريقة أسرع. وعند اختلاف سرعة الإلكترونات في المعدنين المتصلين ببعضهما البعض في المزدوجة الحرارية، تتداخل الإلكترونات ببعضها حيث التقاء المعدنين. وهنا يحصل فائض إلكترونات في جهة، ونقص إلكترونات في الجهة الأخرى.

هذا الاختلاف يولّد تيارا كهربائيا متعلق إذا بنوع المعدنين من جهة، ومن الحرارة من جهة أخرى. ويسمى هذا التيار بالتيار الكهرو-حراري“. يتم إيصال هذين التيارين بلوحة إلكترونية حيث يتم قياس فرق التيارين بال „ميكرو فولت“ اعتمادا على فرق حراري قيمته واحد كلفن „1 Kelvin“. فتكون قيمة التيار الكهرو-حراري بال ميكروفولت كل 1 كيلفن فرق حرارة.

قيم بعض المعادن المستخدمة في المزدوجات الحرارية

(µV/1K)

سيليزيوم +448

نيكل كروم +22

حديد +18

نحاس +7.5

الفضة +7.3

ايجابيات المزدوجة الحرارية

-سهولة التصنيع.

-مجال قياسي واسع للحرارة.

-ليس بحاجة إلى مصدر طاقة خارجي للتشغيل.

-لا يعتمد على نوع معين من الأسلاك.

-عدم تأثير مقاومة الأسلاك المستعملة على نوعية القياس.

سلبيات المزدوجة الحرارية

-صغر قيم التيار الكهرو-حراري المتم توليده

-صعوبة في تصحيح قيمة الخطأ في القياس

-صعوبة في تلحيم الأسلاك المكونة من المعادن المذكورة آنفا

-خطورة أن تأخذ الأوساخ أو الصدأ مكانا لها بين الجسم المراد قياسه وبين المزدوجة، فتتأثر القيمة المقاسة.

تطبيقات

على الرغم من صغر كمية التيار والجهد الناشئان عن المزدوج الحراري إلا أن تطور التكنولوجيا جعل منها تطبيقا فعالا في مجال المولدات الكهروحرارية وبقدرات مقبولة تصل إلى كيلووات. تستخدم هذه المولدات في خطوط نقل الغاز والنفط حيث يمرر جزء من الوقود المنقول عبر أنابيب فرعية ليحترق ويقوم بتسخين عدة آلاف من المزدوجات الحرارية الموصلة توصيلا مركبا (مجموعات على التوالي ثم التوازي). يفاد من هذه المولدات في المناطق النائية والتي لا يتناسب معها مولدات اعتيادية أو خلايا شمسية.

تطبيق اخر على المزدوج الحراري وهو قياس درجات الحرارة باستخدام جداول التحويل الخاصة بحسب أنواع المزدوجات. في القياسات الحديثة أصبحت الإلكترونيات الرقمية تسمح بتخزين هذه الجداول في قاعدة بيانات وعملية معالجة رقمية مباشرة كما في أجهزة قياس الحرارة الرقمية.

انظر أيضًا

• تأثير سيبك
• طاقة كهروحرارية
• الكومة الحرارية