Τι είναι ένα θερμοζευγάρι;

Τι είναι ένα θερμοζευγάρι;

Ορισμός Θερμοζευγαριού

Ένα θερμοζευγάρι είναι ένα συστημα που μετατρέπει τις διαφορές θερμοκρασίας σε ηλεκτρική τάση, βασιζόμενο στην αρχή του θερμοηλεκτρικού εφέκτρου. Είναι ένα είδος αισθητήρα που μπορεί να μετρήσει τη θερμοκρασία σε ένα συγκεκριμένο σημείο ή τοποθεσία. Τα θερμοζευγάρια χρησιμοποιούνται ευρέως σε βιομηχανικές, οικιακές, εμπορικές και επιστημονικές εφαρμογές λόγω της απλότητάς τους, της ανθεκτικότητάς τους, του χαμηλού κόστους και του ευρούς εύρους θερμοκρασίας.

Θερμοηλεκτρικό Φαινόμενο

Το θερμοηλεκτρικό φαινόμενο είναι το φαινόμενο παραγωγής ηλεκτρικής τάσης λόγω διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ δύο διαφορετικών μετάλλων ή συνθέτων μετάλλων. Αυτό το φαινόμενο ανακαλύφθηκε από τον Γερμανό φυσικό Thomas Seebeck το 1821, ο οποίος παρατήρησε ότι δημιουργήθηκε ένα μαγνητικό πεδίο γύρω από ένα κλειστό κύκλο δύο διαφορετικών μετάλλων όταν ένας σύνδεσμος θερμανόταν και ο άλλος ψύχονταν.

Το θερμοηλεκτρικό φαινόμενο μπορεί να εξηγηθεί από την κίνηση των ελεύθερων ηλεκτρονίων στα μέταλλα. Όταν ένας σύνδεσμος θερμαίνεται, τα ηλεκτρόνια αποκτούν κινητική ενέργεια και κινούνται γρηγορότερα προς τον ψυχρότερο σύνδεσμο. Αυτό δημιουργεί μια δυναμική διαφορά μεταξύ των δύο συνδέσμων, η οποία μπορεί να μετρηθεί με ένα βολτμέτρο ή ένα αμπερμέτρο. Η μέγεθος της τάσης εξαρτάται από το είδος των μετάλλων που χρησιμοποιούνται και τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των συνδέσμων.

Λειτουργία Θερμοζευγαρίου

Ένα θερμοζευγάρι αποτελείται από δύο καλώδια διαφορετικών μετάλλων ή συνθέτων μετάλλων, συνδεδεμένα μαζί σε κάθε άκρο για να σχηματίσουν δύο σύνδεσμους. Ο ένας σύνδεσμος, ο οποίος ονομάζεται ζεστός ή μετρητής σύνδεσμος, τοποθετείται στην τοποθεσία όπου θα μετρηθεί η θερμοκρασία. Ο άλλος σύνδεσμος, ο οποίος ονομάζεται κρύος ή αναφορικός σύνδεσμος, διατηρείται σε σταθερή και γνωστή θερμοκρασία, συνήθως σε δωματιακή θερμοκρασία ή σε έναν πάγο.

Όταν υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των δύο συνδέσμων, παράγεται ηλεκτρική τάση στον κύκλο του θερμοζευγαρίου λόγω του θερμοηλεκτρικού εφέκτρου. Αυτή η τάση μπορεί να μετρηθεί με ένα βολτμέτρο ή ένα αμπερμέτρο που συνδέεται στον κύκλο. Χρησιμοποιώντας μια πίνακα καλιβροποίησης ή μια τύπο που σχετίζει την τάση με τη θερμοκρασία για ένα συγκεκριμένο είδος θερμοζευγαρίου, μπορεί να υπολογιστεί η θερμοκρασία του ζεστού συνδέσμου.

Είδη Θερμοζευγαρίων

Υπάρχουν διάφορα είδη, όπως K, J, T και E, που διαφέρουν από τις συνδυασμούς μετάλλων, τα εύρη θερμοκρασίας και τις συγκεκριμένες εφαρμογές.

Πλεονεκτήματα

• Μπορούν να μετρήσουν ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών, από κρυογενικές έως πολύ υψηλές θερμοκρασίες.

• Είναι απλά, ανθεκτικά και αξιόπιστα συστήματα που μπορούν να αντέξουν σκληρές συνθήκες και ταλαντώσεις.

• Είναι φθηνά και εύκολα στην εγκατάσταση και αντικατάσταση.

• Έχουν γρήγορη χρόνια αντίδρασης και μπορούν να μετρήσουν δυναμικές αλλαγές θερμοκρασίας.

• Δεν απαιτούν εξωτερική ενέργεια ή ενισχυμό για τη λειτουργία τους.

Μειονεκτήματα

• Έχουν χαμηλή ακρίβεια και σταθερότητα σε σύγκριση με άλλους αισθητήρες.

• Είναι ευάλωτα σε λάθη λόγω σταφυλείας, οξείδωσης, ρύπανσης ή γήρανσης των καλωδίων.

• Απαιτούν έναν αναφορικό σύνδεσμο σε γνωστή θερμοκρασία για ακριβή μέτρηση.

• Έχουν μη γραμμική έξοδο που απαιτεί περίπλοκη καλιβροποίηση ή αντιστάθμιση.

• Μπορεί να παράγουν ηλεκτρικές τάσεις θερμοηλεκτρικού εφέκτρου λόγω παράσιτων συνδέσμων στον κύκλο.

Κριτήρια Επιλογής

Επιλέξτε βάσει του εύρους θερμοκρασίας, της ακρίβειας, της συμβατότητας με το περιβάλλον, του μεγέθους, των ηλεκτρικών χαρακτηριστικών και του κόστους.

• Κοινές Εφαρμογές

• Βιομηχανίες χάλυβα και σιδήρου

• Συστήματα αερίου

• Αισθητήρες ακτινοβολίας thermopile

• Επιστημονική κατασκευή

• Παραγωγή ενέργειας

• Βιομηχανικά εργοστάσια

• Θερμοζευγάρια ως βακουόμετρα

Συμπέρασμα

Τα θερμοζευγάρια είναι ευρέως χρησιμοποιούμενοι αισθητήρες θερμοκρασίας που αποτελούνται από δύο διαφορετικά είδη μετάλλων που συνδέονται μαζί σε ένα άκρο. Όταν ο σύνδεσμος των δύο μετάλλων θερμαίνεται ή ψύχεται, παράγεται μια τάση που μπορεί να σχετιστεί με τη θερμοκρασία.

Τα θερμοζευγάρια έχουν πολλά πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα σε σύγκριση με άλλους αισθητήρες θερμοκρασίας. Μπορούν να μετρήσουν ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών, από κρυογενικές έως πολύ υψηλές θερμοκρασίες. Είναι απλά, ανθεκτικά και αξιόπιστα συστήματα που μπορούν να αντέξουν σκληρές συνθήκες και ταλαντώσεις. Είναι φθηνά και εύκολα στην εγκατάσταση και αντικατάσταση. Έχουν γρήγορη χρόνια αντίδρασης και μπορούν να μετρήσουν δυναμικές αλλαγές θερμοκρασίας. Ωστόσο, έχουν χαμηλή ακρίβεια και σταθερότητα σε σύγκριση με άλλους αισθητήρες. Είναι ευάλωτα σε λάθη λόγω σταφυλείας, οξείδωσης, ρύπανσης ή γήρανσης των καλωδίων. Απαιτούν έναν αναφορικό σύνδεσμο σε γνωστή θερμοκρασία για ακριβή μέτρηση. Έχουν μη γραμμική έξοδο που απαιτεί περίπλοκη καλιβροποίηση ή αντιστάθμιση.

Για την επιλογή του σωστού θερμοζευγαρίου, θεωρήστε το εύρος θερμοκρασίας και την ακρίβεια που απαιτείται, την χημική συμβατότητα και την ανθεκτικότητα των καλωδίων, το μέγεθος και το σχήμα του προβλήματος, τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά και την αντοχή σε θόρυβο, καθώς και τη διαθεσιμότητα και το κόστος του είδους και των αξεσουάρ.