Термопара: Прост и многогранен температурен сензор

Какво е термопара?

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

Какво е термоелектричният ефект?

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

Термоелектричният ефект може да бъде обяснен чрез движението на свободни електрони в метали. Когато един ъгъл е загрят, електроните получават кинетична енергия и се движе 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.

Как работи термопарата?

Термопарата се състои от два проводника, направени от различни метали или метални сплави, свързани заедно на двете си края, за да се формират две ъгли. Един ъгъл, наречен горещ или измервателен, е поставен на местото, където трябва да се измери температурата. Другият ъгъл, наречен студен или референтен, се поддържа при постоянна и известна температура, обикновено при стаята или в ледена баня.

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, свързани с цепта. Чрез използване на калибрационна таблица или формула, която свързва напрежението с температурата за даден тип термопара, може да се изчисли температурата на горещия ъгъл.

Следващата диаграма показва основния принцип на работа на термопарата:

Следващото видео обяснява как работи термопарата по-подробно:

Какви са видовете термопари?

Има много видове термопари, всеки с различни характеристики и приложения. Видът термопара се определя от комбинацията от метали или метални сплави, използвани за проводниците. Най-общите видове термопари са означени с букви (като K, J, T, E, и т.н.) според международните стандарти.

Следващата таблица сумира някои от основните видове термопари и техните свойства:

| E | Никел-хром (90% Ni, 10% Cr) | Константан (55% Cu, 45% Ni) | Лилаво (+), Червено (-), Лилаво (общо) | -200°C до +870°C (-328°F до +1598°F) | 68 µV/°C | ±1.7°C (0.5%) | Висока точност, умерен диапазон, ниска цена | | N | Никросил (84.1% Ni, 14.4% Cr, 1.4% Si, 0.1% Mg) | Нисил (95.5% Ni, 4.4% Si, 0.1% Mg) | Оранжево (+), Червено (-), Оранжево (общо) | -200°C до +1300°C (-328°F до +2372°F) | 39 µV/°C | ±2.2°C (0.75%) | Общо приложение, широк диапазон, стабилно | | S | Платина-родий (90% Pt, 10% Rh) | Платина (100% Pt) | Черно (+), Червено (-), Зелено (общо) | 0°C до +1600°C (+32°F до +2912°F) | 10 µV/°C | ±1.5°C (0.25%) | Висока температура, висока точност, скъпа | | R | Платина-родий (87% Pt, 13% Rh) | Платина (100% Pt) | Черно (+), Червено (-), Зелено (общо) | 0°C до +1600°C (+32°F до +2912°F) | 10 µV/°C | ±1.5°C (0.25%) | Висока температура, висока точност, скъпа | | B | Платина-родий (70% Pt, 30% Rh) | Платина-родий (94% Pt, 6% Rh) | Сиво (+), Червено (-), Сиво (общо) | +600°C до +1700°C (+1112°F до +3092°F) | 9 µV/°