Master's Thesis

Technologies for joining thermocouples to the measured body and their influence on the dynamic response

Final Thesis 7.96 MB

Author of thesis: Bc. Filip Lukeštík

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Michal Pohanka, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jaroslav Kubíček, IWE

Abstract:

The thesis deals with the design and experimental verification of the possibilities of joining type K thermocouples with the base material for the purpose of measuring dynamic thermal processes. A total of ten methods were tested on three material groups including S235JR, 1.4845, 1.4825 steels and 6061, 6016 aluminum alloys. The research was carried out by measuring the temperature in the borehole of thick plates and on the sheet surface. Mechanical detachable joints showed the lowest dynamics, while the press-fitted thermocouple with a diameter of 0.5 mm offers the best parameters in this group. Newly designed welding methods using a transformer source for spot resistance welding of separate wires demonstrated accelerated response. By welding wires with a diameter of 0.25 mm into a single borehole, a 49.92 % reduction in time delay was achieved for the S235JR material compared to the best mechanical method, but at the cost of higher data scattering. When measuring the surface of 6016 aluminum sheet, the measured delay of the welded joint approached the value from the computational model. It holds true that a single best method cannot be uniquely determined, as the choice depends on the requirements for response speed, data stability or mechanical resistance. New welding methods offer stable thermal contact under cyclic loading and represent a more cost-effective solution.

Keywords:

type K thermocouple, S235JR, 1.4845, 1.4825, 6061, 6016, joining, welding, dynamic properties

Date of defence

09.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student prezentoval komisi svou závěrečnou práci, její výstupy a závěry a zodpověděl dotazy oponenta. Dále byly studentovi položeny následující dotazy: doc. Mrňa – Jaké jiné metody měření teploty se dají použít a jaké jsou nebezpečí bezkontaktních metod při měření teplot hliníku? (otázka byla plně zodpovězena) doc. Mrňa – Popište pojem emisivita v souvislosti s měřením teplot? (otázka byla plně zodpovězena) Dr. Slováček – Byl nějaký referenční vzorek, respektive etalon, ke kterému jste se chtěli přiblížit? (otázka byla plně zodpovězena) Dr. Slováček – Ke kterým případným průmyslovým a vývojovým aplikacím jste záměr práce sledovali? (otázka byla částečně zodpovězena) doc. Moravec – Lze uvedené vzorky z testů použít pro praktické měřící aplikace? (otázka byla plně zodpovězena) doc. Moravec – Jakým způsobem jsou články ve vzorcích připevněny? (otázka byla částečně zodpovězena) Dr. Slováček – Lze termočlánky měřit hodnoty teplot v TOO svarového spoje a kde může být největší nejistota tohoto měření? (otázka byla částečně zodpovězena) doc. Moravec – Bude hrát průměr termočlánků vliv z pohledu termodynamiky dějů? (otázka byla plně zodpovězena)

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Manufacturing Technology (N-STG-P)

Specialization

Manufacturing Technology (STG)

Composition of Committee

doc. RNDr. Libor Mrňa, Ph.D. (předseda)
Doc. Jaromír Moravec, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Jaroslav Kubíček, IWE (člen)
Ing. Marek Slováček, Ph.D., IWE (člen)
Ing. Karel Kaleta, Ph.D. (člen)
Ing. Dávid Bucko (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Michal Pohanka, Ph.D.

Diplomová práce se zabývá aktuální a prakticky významnou problematikou spojování termočlánků s měřeným tělesem a jejich vlivu na dynamickou odezvu při měření teploty. Zadání práce bylo jednoznačně splněno – autor provedl rešerši dostupných metod, navrhl a experimentálně ověřil více variant spojů, analyzoval jejich vliv na dynamické vlastnosti a výsledky systematicky vyhodnotil. Postup řešení je logický a přehledný, od teoretického rozboru přes návrh metod až po rozsáhlou experimentální část. Použité metody jsou adekvátní současné úrovni poznání a rozsah práce je nadstandardní, zejména vzhledem k množství testovaných variant a kombinaci experimentu s numerickým výpočtem vedení tepla. Práce přináší vlastní přínos v podobě návrhu a ověření nových technologických postupů, přičemž autor prokázal schopnost samostatného řešení technického problému i správné interpretace dosažených výsledků.

Výsledky práce mají vysokou praktickou hodnotu, neboť budou přímo využity při experimentech v laboratoři LPTP, a současně přispívají k hlubšímu pochopení vlivu spoje na dynamiku měření teploty. Autor vhodně diskutuje omezení jednotlivých metod a správně konstatuje, že nelze stanovit univerzálně nejlepší řešení, ale že volba závisí na konkrétní aplikaci. Práce je logicky uspořádaná a po formální stránce splňuje požadavky na diplomovou práci. Slabší stránkou je grafická a částečně stylistická úroveň – u některých obrázků je použito velmi malé písmo a některé formulace nejsou zcela vhodně stylizované, což však nesnižuje odbornou úroveň práce. Práce s literaturou je na dobré úrovni, použité zdroje jsou relevantní a citace jsou vedeny v souladu s ČSN ISO 690.

Celkově se jedná o velmi kvalitní diplomovou práci s výrazným praktickým přínosem, která splňuje zadání v plném rozsahu a představuje nadstandardní řešení dané problematiky. Přes dílčí výtky ke grafické a stylistické úpravě hodnotím práci jako výbornou a doporučuji ji k obhajobě s klasifikací výborně.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Jaroslav Kubíček, IWE

Diplomová práce Bc. Filipa Lukeštíka „Technologie spojování termočlánků s měřeným tělesem a jejich vliv na dynamickou odezvu.“ obsahuje 63 stran textu, obrázků a celkem 3 přílohy. DP je věnována problematice měření teploty pomocí termočlánků na korozivzdorných ocelích a hliníkových slitinách, což klade na vlastní svarový spoj vysoké nároky. V rozboru zadání jsou popsány variantní řešení spojení termočlánků s uhlíkovou ocelí, austenitickými ocelemi a hliníkovými slitinami. Jednotlivé metody jsou popsány velmi podrobně, včetně výhod i omezení. V kapitole věnované experimentální práci jsou postupy a výsledky ověření jednotlivých metod upevnění termočlánků. Jednou z možností je inovativní návrh i praktické využití odporového svařování termočlánků v otvorech malých průměr. Vysoce si cením podání patentové přihlášky právě na uvedený způsob přivařování. Ve vyhodnocení měřením teplotních charakteristik je spousta informací, ale je značně nepřehledné z hlediska používaných metod pro dané vzorky. Grafické vyjádření průběhů teplot u jednotlivých metod v závěru DP je velmi dobré. Přínosem jsou přílohy, které názorně dokládají jednotlivé části experimentu a ilustrují jednotlivé metody připevnění termočlánků na měřený materiál.

V textu jsou nestandardně číslované obrázky vlevo vyšší číslo než vpravo pokud jsou dva vedle sebe. Ne všechny zkratky jsou uvedené v přehledu zkratek př. CMT, LPTP. Chybí materiálové listy používaných materiálů. U jednotky tepelného příkonu pro TIG v seznamu symbolů je uvedeno Q – kJ.mm-. V rovnici (2.12) výpočtu tepelného příkonu je chybně uvedená jednotka rychlosti svařování – má být mm.s-1. Jednotka tepelného příkonu pro odporové svařování dle rovnice (3.1.) 𝑄𝑜 = 0,241 ⋅ 𝐼2 ⋅ 𝑅 ⋅ 𝑡 není Joule ale cal, takže jsou všechny výpočty vneseného tepla na str. 49 v kaloriích. V jednotce Joule je rovnice tepelného příkonu v podobě 𝑄𝑜 = 𝐼2 ⋅ 𝑅 ⋅ 𝑡 (J)

DP má celkově vysokou technickou úroveň je psána technicky správně, bez překlepů a má dostatečnou obrázkovou dokumentací. Diplomant prokázal schopnost samostatné odborné práce a proto doporučuji DP k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Proč byl použit na hliník při kondenzátorovém svařování použit Ar + 2% CO2? Není to inertní plyn.
  2. Jakou strukturu a jaké značení dle EN 10027-1 mají oceli 1.4845 a 1.4828?
  3. Která z metod upevňování termočlánků je tzv. universální s dostatečně přesným měřením teploty?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová