ما هو الدور الذي يلعبه طول الدبوس في حساسية المزدوجات الحرارية من نوع الحبس؟

1. مبدأ العمل الأساسي مزدوجة حرارية طويلة وقصيرة من نوع الحبس
يعتمد مبدأ عمل المزدوجات الحرارية على تأثير Seebeck، وهو فرق القوة الدافعة الكهربائية الناتج عن معدنين مختلفين عند درجات حرارة مختلفة. يتناسب حجم هذه القوة الدافعة الكهربائية بشكل مباشر مع الفرق في درجة الحرارة عند نقطة الاتصال. إن تصميم واختيار المواد للمزدوجات الحرارية لهما تأثير كبير على دقة القياس وحساسيته، وفي المزدوجات الحرارية من النوع الحبسي، يصبح طول الإبرة عامل تصميم رئيسي.
يؤثر طول الإبرة بشكل مباشر على كفاءة نقل الحرارة واستجابة القوة الدافعة الكهربائية للمزدوجة الحرارية. بشكل عام، تتمتع المزدوجات الحرارية ذات الإبرة الطويلة بمساحة سطحية أكبر، مما يسمح لها بالاستجابة لتغيرات درجة الحرارة بسرعة أكبر لأنه يمكن نقل المزيد من الحرارة إلى نقطة القياس من خلال المادة المعدنية للإبرة. هذه المساحة السطحية المتزايدة تجعل المزدوجة الحرارية أكثر حساسية للتغيرات في درجات الحرارة ويمكن أن تولد قوة دافعة كهربائية بشكل أسرع، وبالتالي توفير قراءات أكثر دقة لدرجة الحرارة.

2. مقارنة الحساسية بين المزدوجات الحرارية ذات الإبرة الطويلة والإبرة القصيرة
تعتبر المزدوجات الحرارية ذات الإبرة الطويلة أكثر حساسية بشكل عام من المزدوجات الحرارية ذات الإبرة القصيرة لأن الإبر الطويلة لها مسار توصيل حراري أكبر ومساحة سطحية أكبر، والتي يمكنها التقاط المزيد من الطاقة الحرارية. هذا التصميم مناسب بشكل خاص للتطبيقات التي تتطلب استجابة سريعة، مثل المناسبات التي تشهد تغيرات ديناميكية عالية في درجة الحرارة، مثل اختبار المحرك، ومراقبة المفاعل، وما إلى ذلك. في هذه التطبيقات، قد تعني التغيرات الطفيفة في درجة الحرارة تغييرات كبيرة في معلمات العملية، سريعة جدًا ردود الفعل الدقيقة لدرجة الحرارة أمر بالغ الأهمية.
قد تكون المزدوجات الحرارية ذات الإبرة القصيرة أكثر فائدة في بعض الحالات. على الرغم من أن الإبرة القصيرة لها مساحة سطح أصغر ومسار أقصر لنقل الحرارة، مما يجعلها أبطأ في الاستجابة للتغيرات في درجات الحرارة، إلا أن هذا التصميم يتمتع بمزايا فريدة في بعض البيئات الخاصة. على سبيل المثال، في الحالات التي تكون فيها المساحة محدودة أو أكثر استقرارًا ويتطلب الأمر مراقبة درجة الحرارة على المدى الطويل، يمكن للحساسية المنخفضة للمزدوجة الحرارية ذات الإبرة القصيرة أن تمنع تقلبات القوة الدافعة الكهربائية غير الضرورية الناجمة عن تقلبات صغيرة في درجة الحرارة المحيطة، وبالتالي توفير قراءات أكثر استقرارًا لدرجة الحرارة.

3. تأثير طول الإبرة على عمر خدمة المزدوجات الحرارية
لا يؤثر طول الإبرة على حساسية المزدوجة الحرارية فحسب، بل له أيضًا تأثير معين على مدة خدمتها. نظرًا لمساحة سطحها الكبيرة، قد تتعرض المزدوجة الحرارية ذات الإبرة الطويلة لمزيد من العوامل البيئية، مثل تآكل الغاز، والتآكل الميكانيكي، وما إلى ذلك، مما قد يقلل من عمر الخدمة. وبالإضافة إلى ذلك، فإن هيكل الإبرة الطويلة يكون أكثر عرضة للتشوه أو الكسر في ظل الظروف القاسية، لذلك ينبغي إيلاء اهتمام خاص لقوتها الميكانيكية أثناء الاستخدام.
في المقابل، قد تظهر المزدوجات الحرارية ذات الإبرة القصيرة متانة أفضل وعمر خدمة أطول في ظل ظروف قاسية معينة بسبب هيكلها الأكثر إحكاما ومساحة السطح الأصغر المعرضة للبيئة الخارجية. خاصة في بيئات الاهتزاز أو الصدمات العالية، يمكن لتصميم الإبرة القصيرة أن يقاوم الصدمات الجسدية الخارجية بشكل أفضل ويحافظ على السلامة الهيكلية.

4. اختيار سيناريو التطبيق: إبرة طويلة أم إبرة قصيرة؟
عند اختيار المزدوجات الحرارية من نوع الحبس، يجب تحديد طول الإبرة وفقًا لسيناريو التطبيق المحدد. إذا كان سيناريو التطبيق يتطلب استجابة سريعة للتغيرات في درجات الحرارة ودقة قياس عالية، فإن المزدوجة الحرارية ذات الإبرة الطويلة هي بلا شك خيار أفضل. على سبيل المثال، في مجال الطيران واختبار محركات السيارات ومراقبة الأفران الصناعية، يمكن للمزدوجات الحرارية ذات الإبرة الطويلة توفير قياسات سريعة ودقيقة لدرجة الحرارة.
في البيئات الأخرى التي تتطلب قياسات مستقرة طويلة الأجل، أو تكون محدودة المساحة، أو بها تقلبات صغيرة في درجات الحرارة، قد تكون المزدوجات الحرارية ذات الإبرة القصيرة أكثر ملاءمة. على سبيل المثال، في البيئات المختبرية التي تتطلب مراقبة طويلة المدى وفي بيئات الإنتاج منخفضة الاهتزازات، يمكن أن توفر المزدوجات الحرارية ذات الإبرة القصيرة بيانات أكثر استقرارًا عن درجة الحرارة.