Termoelement: Lihtne ja mitmekülgne temperatuurisensor

Mis on termopaar

Termopaar on seade, mis teisendab temperatuurierinevused elektrivooluks, põhinedes termoelektrilise efekti printsiibil. See on andur, mis saab mõõta temperatuuri kindlas punktis või asukohas. Termopaare kasutatakse laialdaselt erinevates valdkondades, nagu tööstus, kodumajapidamised, ärikeskused ja teaduslikud rakendused, nende lihtsuse, kestvuse, madala hinnaga ja laia temperatuurivalikuna tõttu.

Mis on termoelektriline efekt?

Termoelektriline efekt on fenomen, kus elektrivool tekib temperatuurierinevuse tõttu kahe erineva metalli või metalliliigendi vahel. Selle efekti avastas saksa füüsik Thomas Seebeck aastal 1821, kes märkas, et magneetväli tekib kinni kinnitatud silmi kahe erineva metalli ümber, kui ühel silmnurgal soojeneta ja teisel jääda.

Termoelektriline efekt selgitub metallides vaba elektronide liikumisega. Kui ühel silmnurgal soojeneta, saavad elektronid kineteenergiat ja liiguvad kiiremini külmema silmnurga poole. See loob potentsiaalerinevuse kahe silmnurga vahel, mida saab mõõta voltmeteriga või ampermetriga. Voolu suurus sõltub kasutatavate metallide tüübist ja silmnurkade vahelise temperatuurierinevusest.

Kuidas termopaar töötab?

Termopaar koosneb kahest erinevast metallist või metalliliigendist, mis on ühendatud mõlemas otsas, moodustades kahte silmnurka. Üks silmnurk, mida nimetatakse soojaks või mõõtmiseks mõelduks, paigutatakse asukohta, kus soovitakse temperatuuri mõõta. Teine silmnurk, mida nimetatakse külmaks või viiteks, hoidetakse konstantse ja teadaoleva temperatuuril, tavaliselt ruumi temperatuuril või jäävedes.

Kui kahe silmnurga vahel on temperatuurierinevus, tekib termoelektrilise efekti tõttu elektrivool termopaari tsirkuitis. Seda voolu saab mõõta voltmeteriga või ampermetriga, mis on ühendatud tsirkuitiga. Kasutades kalibreerimistabelit või valemile, mis seostab voolu temperatuuriga antud tüübi termopaari korral, saab arvutada soja silmnurga temperatuuri.

Järgmine diagramm näitab termopaari põhiline tööpõhimõtet:

Järgmine video selgitab termopaari tööpõhimõtet üksikasjalikumalt:

Millised on termopaaride tüübid?

On palju erinevat tüüpi termopaare, igaüks omadega erinevaid omadusi ja rakendusi. Termopaari tüüp määratakse kasutatavate metallide või metalliliigendite kombinatsiooni järgi. Kõige levinumad termopaarid on tähistatud tähtedega (nagu K, J, T, E jne) rahvusvaheliste standardite kohaselt.

Järgmine tabel kokkuvõtab mõned peamised termopaaride tüübid ja nende omadused:

| E | Nikel-krom (90% Ni, 10% Cr) | Konstantan (55% Cu, 45% Ni) | Lilla (+), Punane (-), Lilla (kokku) | -200°C kuni +870°C (-328°F kuni +1598°F) | 68 µV/°C | ±1,7°C (0,5%) | Kõrge täpsus, mõõdetav temperatuurivalik, madal hind | | N | Nicrosil (84,1% Ni, 14,4% Cr, 1,4% Si, 0,1% Mg) | Nisil (95,5% Ni, 4,4% Si, 0,1% Mg) | Oranž (+), Punane (-), Oranž (kokku) | -200°C kuni +1300°C (-328°F kuni +2372°F) | 39 µV/°C | ±2,2°C (0,75%) | Üldine käyttö, lai temperatuurivalik, stabiilne | | S | Platina-ruteen (90% Pt, 10% Rh) | Plaatina (100% Pt) | Must (+), Punane (-), Roheline (kokku) | 0°C kuni +1600°C (+32°F kuni +2912°F) | 10 µV/°C | ±1,5°C (0,25%) | Kõrge temperatuur, kõrge täpsus, kallis | | R | Platina-ruteen (87% Pt, 13% Rh) | Plaatina (100% Pt) | Must (+), Punane (-), Roheline (kokku) | 0°C kuni +1600°C (+32°F kuni +2912°F) | 10 µV/°C | ±1,5°C (0,25%) | Kõrge temperatuur, kõrge täpsus, kallis | | B | Platina-ruteen (70% Pt, 30% Rh) | Platina-ruteen (94% Pt, 6% Rh) | Hall (+), Punane (-), Hall (kokku) | +600°C kuni +1700°C (+1112°F kuni +3092°F) | 9 µV/°C | ±0,5% mõõdust üle +600°C (+1112°F) | Väga kõrge temperatuur, madal tundlikkus |

Mis on termopaaride eelised ja puudused?

Termopaaridel on palju eeliseid ja puudusi võrreldes muude temperatuurianduritega, nagu RTD-d (Resistentsitemperatuuriandurid