Hva er en termoelement?
Hva er en termoelement?
Definisjon av termoelement
Et termoelement er et enhet som konverterer temperaturforskjeller til elektrisk spenning, basert på prinsippet om termoelektrisk effekt. Det er en type sensor som kan måle temperaturen i et bestemt punkt eller sted. Termoelementer brukes vidt i industri, hjemme, kommersielt og i vitenskapelige applikasjoner på grunn av deres enkelhet, holdbarhet, lav kostnad og bred temperaturområde.
Termoelektrisk effekt
Termoelektrisk effekt er fenomenet av å generere en elektrisk spenning på grunn av en temperaturforskjell mellom to forskjellige metaller eller metalllegemer. Dette effekten ble oppdaget av den tyske fysikeren Thomas Seebeck i 1821, som observerte at det oppsto et magnetfelt rundt en lukket løkke av to ulike metaller når en forbindelse ble varmet, mens den andre ble kjølt.
Termoelektrisk effekt kan forklares ved bevegelsen av frie elektroner i metallene. Når en forbindelse blir varmet, får elektronene kinetisk energi og beveger seg raskere mot den kalde forbindelsen. Dette skaper en potensialforskjell mellom de to forbindelsene, som kan måles med en spenningmåler eller en strømmåler. Størrelsen på spenningen avhenger av typen metaller som brukes og temperaturforskjellen mellom forbindelsene.
Hvordan fungerer et termoelement
Et termoelement består av to tråder laget av forskjellige metaller eller metalllegemer, forbundet sammen på begge ender for å danne to forbindelser. En forbindelse, kalt den varme eller målende forbindelsen, plasseres på stedet hvor temperaturen skal måles. Den andre forbindelsen, kalt den kalde eller referanseforbindelsen, holdes ved en konstant og kjent temperatur, vanligvis romtemperatur eller i isbad.
Når det er en temperaturforskjell mellom de to forbindelsene, genereres en elektrisk spenning over termoelementkretsen på grunn av termoelektrisk effekt. Denne spenningen kan måles med en spenningmåler eller en strømmåler koblet til kretsen. Ved å bruke en kalibreringstabell eller en formel som knytter spenningen til temperaturen for en gitt type termoelement, kan temperaturen på den varme forbindelsen beregnes.
Typer termoelementer
Forskjellige typer, som K, J, T og E, skiller seg fra hverandre ved metallkombinasjoner, temperaturområder og spesifikke anvendelser.
Fordeler
De kan måle et bredt spekter av temperaturer, fra kryogeniske til svært høye temperaturer.
De er enkle, robuste og pålitelige enheter som kan tåle tøffe miljøer og vibrasjoner.
De er billige og enkle å installere og bytte ut.
De har en rask respons tid og kan måle dynamiske temperaturendringer.
De trenger ikke ekstern strøm eller forsterking for sin drift.
Ulemper
De har lav nøyaktighet og stabilitet sammenlignet med andre sensorer.
De er sårbare for feil på grunn av korrosjon, oksidasjon, forurensning eller aldring av trådene.
De krever en referanseforbindelse ved en kjent temperatur for nøyaktig måling.
De har en ikkelineær utgang som krever kompleks kalibrering eller kompensasjon.
De kan generere uønskede termoelektriske spenninger på grunn av parasittforbindelser i kretsen.
Valgkriterier
Velg basert på temperaturområde, nøyaktighet, miljøkompatibilitet, størrelse, elektriske egenskaper og kostnad.
Vanlige anvendelser
Stål- og jernindustrier
Gassapparater
Termopile strålesensorer
Produksjon
Kraftproduksjon
Prosessanlegg
Termoelementer som vakuummåler
Konklusjon
Termoelementer er vidt brukte temperatursensorer som består av to forskjellige typer metaller forbundet sammen ved en ende. Når forbindelsen mellom de to metallene blir varmet eller kjølt, oppstår en spenning som kan korreleres tilbake til temperaturen.
Termoelementer har mange fordeler og ulemper sammenlignet med andre temperatursensorer. De kan måle et bredt spekter av temperaturer, fra kryogeniske til svært høye temperaturer. De er enkle, robuste og pålitelige enheter som kan tåle tøffe miljøer og vibrasjoner. De er billige og enkle å installere og bytte ut. De har en rask respons tid og kan måle dynamiske temperaturendringer. Imidlertid har de lav nøyaktighet og stabilitet sammenlignet med andre sensorer. De er sårbare for feil på grunn av korrosjon, oksidasjon, forurensning eller aldring av trådene. De krever en referanseforbindelse ved en kjent temperatur for nøyaktig måling. De har en ikkelineær utgang som krever kompleks kalibrering eller kompensasjon.
For å velge riktig termoelement, vurder temperaturområde og nødvendig nøyaktighet, kjemisk kompatibilitet og holdbarhet av trådene, størrelse og form av sonden, elektriske egenskaper og støyimmunitet, samt tilgjengeligheten og kostnaden av typen og tilbehøret.
Termoelementer brukes i et bredt spekter av anvendelser over ulike industri- og domener. Noen av de vanlige anvendelsene av termoelementer er stål- og jernindustrier, gassapparater, termopile strålesensorer, produksjon, kraftproduksjon, prosessanlegg, og termoelementer som vakuummålere.
