Какво е термопара?

Какво е термопара?

Определение на термопарата

Термопарата е устройство, което преобразува температурните разлики в електрическо напрежение, базирайки се на принципа на термоелектричния ефект. Това е вид сензор, който може да измерва температурата в конкретна точка или място. Термопарите са широко използвани в индустриални, домакински, комерсиални и научни приложения поради техната простота, издръжливост, ниска цена и широк диапазон на температури.

Термоелектричен ефект

Термоелектричният ефект е феномен, при който се генерира електрическо напрежение поради температурна разлика между два различни металa или метални сплави. Този ефект беше открит от германския физик Томас Зебек през 1821 г., който наблюдава, че магнитно поле се създава около затворена петля от два различни метала, когато единият ъгъл е нагрят, а другият е охладен.

Термоелектричният ефект може да бъде обяснен чрез движението на свободните електрони в метали. Когато единият ъгъл е нагрят, електроните получават кинетична енергия и се движеят по-бързо към по-студения ъгъл. Това създава потенциална разлика между двете ъгли, която може да бъде измерена с волтметър или амперметър. Магнитудата на напрежението зависи от типа на използваните метали и температурната разлика между ъглите.

Работа на термопарата

Термопарата се състои от два жица, направени от различни метали или метални сплави, свързани заедно на двете си края, за да се формират две ъгли. Единият ъгъл, наречен горещ или мерен ъгъл, се поставя на местонахождението, където трябва да се измери температурата. Другият ъгъл, наречен студен или референтен ъгъл, се поддържа при постоянна и известна температура, обикновено при стаята температура или в леден басейн.

Когато има температурна разлика между двете ъгли, се генерира електрическо напрежение в цепта на термопарата поради термоелектричния ефект. Това напрежение може да бъде измерено с волтметър или амперметър, свързан с цепта. Използвайки калибрационна таблица или формула, която свързва напрежението с температурата за даден вид термопара, температурата на горещия ъгъл може да бъде изчислена.

Видове термопари

Съществуват различни видове, като K, J, T и E, които се различават по комбинацията от метали, диапазон на температури и специфични приложения.

Преимущества

• Могат да измерват широк диапазон от температури, от криогенни до много високи температури.

• Са прости, издръжливи и надеждни устройства, които могат да издържат сурови условия и вибрации.

• Са евтини и лесни за монтаж и замяна.

• Имат бързо време за реакция и могат да измерват динамични изменения на температурата.

• Не изискват външна мощност или усилване за своето функциониране.

Недостатъци

• Имат ниска точност и стабилност в сравнение с други сензори.

• Са чувствителни към грешки, причинени от корозия, оксидация, контаминация или стареене на жиците.

• Изискват референтен ъгъл при известна температура за точни измервания.

• Имат нелинейен изход, който изисква сложна калибрация или компенсация.

• Могат да генерират нежелани термоелектрични напрежения поради паразитни ъгли в цепта.

Критерии за избор

Изберете в зависимост от диапазона на температурите, необходимата точност, съвместимостта с околната среда, размера, електрическите характеристики и цената.

• Често срещани приложения

• Сталната и железодобивната промишленост

• Газови прибори

• Термопилни радиационни сензори

• Производство

• Производство на енергия

• Процесни заводи

• Термопари като вакуумни манометри

Заключение

Термопарите са широко използвани температурни сензори, които се състоят от два различни вида метали, свързани заедно на един край. Когато ъгълът между двете метала е нагрят или охладен, се създава напрежение, което може да бъде корелирано обратно към температурата.

Термопарите имат много преимущества и недостатъци в сравнение с други температурни сензори. Те могат да измерват широк диапазон от температури, от криогенни до много високи температури. Са прости, издръжливи и надеждни устройства, които могат да издържат сурови условия и вибрации. Са евтини и лесни за монтаж и замяна. Имат бързо време за реакция и могат да измерват динамични изменения на температурата. Въпреки това, те имат ниска точност и стабилност в сравнение с други сензори. Са чувствителни към грешки, причинени от корозия, оксидация, контаминация или стареене на жиците. Изискват референтен ъгъл при известна температура за точни измервания. Имат нелинейен изход, който изисква сложна калибрация или компенсация.

За да изберете правилната термопара, вземете предвид диапазона на температурите и необходимата точност, химическата съвместимост и издръжливост на жиците, размера и формата на зонда, електрическите характеристики и имунитета към шума, както и наличието и цената на типа и аксесоарите.

Термопарите се използват в широк диапазон от приложения в различни индустрии и области. Някои от често срещаните приложения на термопарите включват сталната и железодобивната промишленост, газови прибори, термопилни радиационни сензори, производство, производство на енергия, процесни заводи и термопари като вакуумни манометри.