Vad är en termoelement?
Vad är en termoelement?
Definition av termoelement
Ett termoelement är en enhet som omvandlar temperaturdifferenser till elektrisk spänning, baserat på principen om termoelektrisk effekt. Det är en typ av sensor som kan mäta temperaturen vid en specifik punkt eller plats. Termoelement används brett inom industrin, hemmet, kommersiella och vetenskapliga tillämpningar på grund av deras enkelhet, hållbarhet, låga kostnad och bred temperaturspanning.
Termoelektrisk effekt
Termoelektrisk effekt är fenomenet att generera en elektrisk spänning på grund av en temperaturdifferens mellan två olika metaller eller metalllegor. Denna effekt upptäcktes av den tyske fysikern Thomas Seebeck 1821, som observerade att ett magnetfält skapades runt en stängd slinga av två olika metaller när en anslutning värmdes och den andra kyltes.
Termoelektrisk effekt kan förklaras genom rörelsen av fria elektroner i metaller. När en anslutning värms upp får elektronerna kinetisk energi och rör sig snabbare mot den kallare anslutningen. Detta skapar en potentialskillnad mellan de två anslutningarna, vilket kan mätas med en voltmeter eller en ammeter. Storleken på spänningen beror på typen av metaller som används och temperaturdifferensen mellan anslutningarna.
Funktionsprincip för termoelement
Ett termoelement består av två trådar gjorda av olika metaller eller metalllegor, sammanbundna vid båda ändarna för att forma två anslutningar. En anslutning, kallad den heta eller mätande anslutningen, placeras vid platsen där temperaturen ska mätas. Den andra anslutningen, kallad den kalla eller referensanslutningen, hålls vid en konstant och känd temperatur, vanligtvis rumstemperatur eller i isbad.
När det finns en temperaturdifferens mellan de två anslutningarna genereras en elektrisk spänning över termoelementkretsen på grund av termoelektrisk effekt. Denna spänning kan mätas med en voltmeter eller en ammeter ansluten till kretsen. Genom att använda en kalibreringstabell eller en formel som relaterar spänningen till temperaturen för en given typ av termoelement, kan temperaturen på den heta anslutningen beräknas.
Typer av termoelement
Olika typer, såsom K, J, T och E, skiljer sig åt genom metallkombinationer, temperaturspanning och specifika tillämpningar.
Fördelar
De kan mäta en bred temperaturspanning, från kryogent till mycket höga temperaturer.
De är enkla, robusta och tillförlitliga enheter som kan tåla hårda miljöer och vibrationer.
De är billiga och lätta att installera och byta ut.
De har en snabb respons och kan mäta dynamiska temperaturförändringar.
De kräver ingen extern ström eller förstärkning för sin drift.
Nackdelar
De har låg noggrannhet och stabilitet jämfört med andra sensorer.
De är känsliga för fel på grund av korrosion, oxidation, förorening eller åldrande av trådarna.
De kräver en referensanslutning vid en känd temperatur för exakt mätning.
De har en icke-linjär utmatning som kräver komplex kalibrering eller kompensation.
De kan generera oönskade termoelektriska spänningar på grund av parasitiska anslutningar i kretsen.
Valkriterier
Välj baserat på temperaturspanning, noggrannhet, miljökompabilitet, storlek, elektriska egenskaper och kostnad.
Vanliga tillämpningar
Stål- och järnindustri
Gasapparater
Termopil-radiationsensorer
Tillverkning
Energiframställning
Processanläggningar
Termoelement som vakuummätare
Slutsats
Termoelement är brett använda temperatursensorer som består av två olika typer av metaller som är sammanbundna vid ena änden. När anslutningen av de två metallerna värms upp eller kyls skapas en spänning som kan korreleras tillbaka till temperaturen.
Termoelement har många fördelar och nackdelar jämfört med andra temperatursensorer. De kan mäta en bred temperaturspanning, från kryogent till mycket höga temperaturer. De är enkla, robusta och tillförlitliga enheter som kan tåla hårda miljöer och vibrationer. De är billiga och lätta att installera och byta ut. De har en snabb respons och kan mäta dynamiska temperaturförändringar. Men de har låg noggrannhet och stabilitet jämfört med andra sensorer. De är känsliga för fel på grund av korrosion, oxidation, förorening eller åldrande av trådarna. De kräver en referensanslutning vid en känd temperatur för exakt mätning. De har en icke-linjär utmatning som kräver komplex kalibrering eller kompensation.
För att välja rätt termoelement bör man ta hänsyn till den nödvändiga temperaturspanningen och noggrannheten, kemisk kompatibilitet och livlängd hos trådarna, storlek och form på sonden, elektriska egenskaper och brusimmunitet, samt tillgänglighet och kostnad för typ och tillbehör.
Termoelement används i en mängd olika tillämpningar inom olika industrier och områden. Några av de vanligaste tillämpningarna för termoelement är stål- och järnindustri, gasapparater, termopil-radiationssensorer, tillverkning, energiframställning, processanläggningar och termoelement som vakuummätare.
