Co to jest termopara?

Co to jest termopara?

Definicja termopary

Termopara to urządzenie, które przekształca różnice temperatur w napięcie elektryczne, opierając się na zasadzie termoelektrycznego efektu. Jest to rodzaj czujnika, który może mierzyć temperaturę w określonym punkcie lub miejscu. Termopary są szeroko stosowane w przemyśle, gospodarstwach domowych, handlu i naukowych aplikacjach ze względu na swoją prostotę, trwałość, niski koszt oraz szeroki zakres temperatur.

Efekt termoelektryczny

Efekt termoelektryczny to zjawisko generowania napięcia elektrycznego z powodu różnicy temperatur między dwoma różnymi metalami lub stopami metali. Ten efekt odkrył niemiecki fizyk Thomas Seebeck w 1821 roku, obserwując, że pole magnetyczne powstaje wokół zamkniętego obwodu dwóch różnych metali, gdy jedno połączenie jest ogrzewane, a drugie chłodzone.

Efekt termoelektryczny można wyjaśnić ruchem swobodnych elektronów w metalach. Gdy jedno połączenie jest ogrzewane, elektrony zdobywają energię kinetyczną i poruszają się szybciej w kierunku zimniejszego połączenia. To tworzy różnicę potencjałów między dwoma połączeniami, którą można zmierzyć woltmetrem lub ampermetrem. Wielkość napięcia zależy od rodzaju użytych metali oraz różnicy temperatur między połączeniami.

Działanie termopary

Termopara składa się z dwóch drutów wykonanych z różnych metali lub stopów metali, połączonych razem na obu końcach, tworząc dwa połączenia. Jedno połączenie, zwane gorącym lub pomiarowym, umieszczane jest w miejscu, gdzie ma być zmierzona temperatura. Drugie połączenie, zwane zimnym lub referencyjnym, utrzymywane jest przy stałej i znanej temperaturze, zwykle w temperaturze pokojowej lub w wannie z lodem.

Gdy występuje różnica temperatur między dwoma połączeniami, w obwodzie termopary generowane jest napięcie elektryczne z powodu efektu termoelektrycznego. To napięcie można zmierzyć za pomocą woltmetru lub amperometru podłączonego do obwodu. Używając tabeli kalibracyjnej lub wzoru, który wiąże napięcie z temperaturą dla danego typu termopary, można obliczyć temperaturę gorącego połączenia.

Rodzaje termopar

Istnieją różne typy, takie jak K, J, T i E, które różnią się kombinacjami metali, zakresami temperatur oraz specyficznymi zastosowaniami.

Zalety

• Mogą mierzyć szeroki zakres temperatur, od kriogenicznych do bardzo wysokich.

• Są proste, wytrzymałe i niezawodne urządzenia, które mogą przetrwać surowe warunki i wibracje.

• Są tanie i łatwe do montażu i wymiany.

• Mają krótki czas reakcji i mogą mierzyć dynamiczne zmiany temperatury.

• Nie wymagają zewnętrznego zasilania ani wzmacniania do swojego działania.

Wady

• Mają niską dokładność i stabilność w porównaniu do innych czujników.

• Są podatne na błędy spowodowane korozją, utlenieniem, zanieczyszczeniem lub starzeniem się drutów.

• Wymagają referencyjnego połączenia przy znanej temperaturze, aby uzyskać dokładne pomiary.

• Mają nieliniową charakterystykę, która wymaga skomplikowanej kalibracji lub kompensacji.

• Mogą generować niepożądane napięcia termoelektryczne z powodu parasitycznych połączeń w obwodzie.

Kryteria wyboru

Wybierz na podstawie zakresu temperatur, dokładności, zgodności z środowiskiem, rozmiaru, cech elektrycznych i kosztu.

• Typowe zastosowania

• Przemysł stali i żelaza

• Urządzenia gazowe

• Czujniki promieniowania termopilowe

• Produkcja

• Produkcja energii

• Zakłady przemysłowe

• Termopary jako manometry próżniowe

Podsumowanie

Termopary to szeroko stosowane czujniki temperatury, składające się z dwóch różnych rodzajów metali połączonych na jednym końcu. Gdy połączenie dwóch metali jest ogrzewane lub ochładzane, powstaje napięcie, które można skorelować z temperaturą.

Termopary mają wiele zalet i wad w porównaniu do innych czujników temperatury. Mogą mierzyć szeroki zakres temperatur, od kriogenicznych do bardzo wysokich. Są proste, wytrzymałe i niezawodne urządzenia, które mogą przetrwać surowe warunki i wibracje. Są tanie i łatwe do montażu i wymiany. Mają krótki czas reakcji i mogą mierzyć dynamiczne zmiany temperatury. Niemniej jednak mają niską dokładność i stabilność w porównaniu do innych czujników. Są podatne na błędy spowodowane korozją, utlenieniem, zanieczyszczeniem lub starzeniem się drutów. Wymagają referencyjnego połączenia przy znanej temperaturze, aby uzyskać dokładne pomiary. Mają nieliniową charakterystykę, która wymaga skomplikowanej kalibracji lub kompensacji.

Aby wybrać odpowiednią termoparę, należy wziąć pod uwagę potrzebny zakres temperatur i dokładność, zgodność chemiczną i trwałość drutów, rozmiar i kształt sondy, cechy elektryczne i odporność na szum, oraz dostępność i koszt typu i akcesoriów.

Termopary są używane w szerokim zakresie zastosowań w różnych branżach i dziedzinach. Niektóre z typowych zastosowań termopar to przemysł stali i żelaza, urządzenia gazowe, czujniki promieniowania termopilowe, produkcja, produkcja energii, zakłady przemysłowe oraz termopary jako manometry próżniowe.