Lämpöpari: Yksinkertainen ja monipuolinen lämpötilantunnistin
Mikä on termopari
Termopari on laite, joka muuttaa lämpötilaerot sähköiseksi jännitteeksi termoelektrisen vaikutuksen periaatteella. Se on sensorityyppi, joka voi mitata lämpötilaa tietystä pisteestä tai paikasta. Termopareja käytetään laajasti eri aloilla, kuten teollisuudessa, kotitalouksissa, kaupallisissa ja tieteellisissä sovelluksissa, niiden yksinkertaisuuden, kestävyyden, alhaisen hinnan ja laajan lämpötilavälin vuoksi.
Mikä on termoelektrinen vaikutus?
Termoelektrinen vaikutus on ilmiö, jossa lämpötilaero kahdella eri metallilla tai metalliliuoksella aiheuttaa sähköisen jännitteen syntymisen. Tämän vaikutuksen löysi saksalainen fyysikko Thomas Seebeck vuonna 1821, jolloin hän huomasi, että suljettu silmukka kahdesta erilaisesta metallista luodessaan magneettikenttää, kun toinen liitos lämmettiin ja toinen jäähdytti.
Termoelektrinen vaikutus voidaan selittää vapaiden elektronien liikkumisella metalleissa. Kun toinen liitos lämmettiin, elektronit saivat kinettista energiaa ja liikuivat nopeammin kohti kylmempää liitosta. Tämä luo potentiaalieron kahden liitoksen välillä, jota voidaan mitata volttimetrilla tai ammeterillä. Jännitteen suuruus riippuu käytettyjen metallien tyypistä ja liitosten välisestä lämpötilaerosta.
Miten termopari toimii?
Termopari koostuu kahdesta eri metallista tai metalliliuoksista valmistetusta vedestä, jotka on yhdistetty molemmissa päissä muodostaen kaksi liitosta. Yksi liitos, jota kutsutaan kuumaan tai mittaustulioksi, sijoitetaan sijaintiin, jossa lämpötilaa halutaan mitata. Toista liitosta, jota kutsutaan kylmäksi tai viite-liitoksiksi, pidetään vakiona tunnetussa lämpötilassa, yleensä huoneen lämpötilassa tai jään kylpyssä.
Kun on lämpötilaero kahden liitoksen välillä, termoelektrinen vaikutus tuottaa sähköisen jännitteen termoparin piirin yli. Tätä jännitettä voidaan mitata volttimetrilla tai ammeterilla, joka on yhdistetty piiriin. Käyttämällä kalibrointitaulukkoa tai kaavaa, joka yhdistää jännitteen lämpötilaan tietylle termoparille, voidaan laskea kuuman liitoksen lämpötila.
Seuraava kaavio näyttää termoparin perusperiaatteen:
Seuraava video selittää miten termopari toimii yksityiskohtaisemmin:
Mitä erilaisia termopareja on olemassa?
On olemassa monia erilaisia termopareja, joilla on erilaisia ominaisuuksia ja sovellutuksia. Termoparin tyyppi määräytyy käytettyjen metallien tai metalliliuosten yhdistelmästä. Yleisimmät termoparit merkitään kirjaimilla (kuten K, J, T, E, jne.) kansainvälisen standardin mukaan.
Seuraava taulukko yhteenvetoa joitakin yleisiä termopareja ja niiden ominaisuuksia:
| Tyyppi | Positiivinen vesi | Negatiivinen vesi | Värikoodi | Lämpötilaväli | Herkkä | Tarkkuus | Sovellukset |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| K | Nikkeli-kromi (90% Ni, 10% Cr) | Nikkeli-alumiini (95% Ni, 2% Al, 2% Mn, 1% Si) | Keltainen (+), Punainen (-), Keltainen (yhteensä) | -200°C - +1260°C (-328°F - +2300°F) | 41 µV/°C | ±2.2°C (0.75%) | Yleiskäyttö, laaja lämpötilaväli, alhainen hinta |
| J | Rauta (99.5% Fe) | Konstantan (55% Cu, 45% Ni) | Valkoinen (+), Punainen (-), Musta (yhteensä) | -210°C - +750°C (-346°F - +1400°F) | 50 µV/°C | ±2.2°C (0.75%) | Oksidoidut ympäristöt, rajattu lämpötilaväli |
| T | Kupari (99.9% Cu) | Konstantan (55% Cu, 45% Ni) | Sininen (+), Punainen (-), Ruskea (yhteensä) | -200°C - +350°C (-328°F - +662°F) | 43 µV/°C | ±1°C (0.75%) | Alhaiset lämpötilat, oksidoidut ympäristöt |
| E | Nikkeli-kromi (90% Ni, 10% Cr) | Konstantan (55% Cu, 45% Ni) | Purppura (+), Punainen (-), Purppura |
| E | Nikkeli-kromi (90% Ni, 10% Cr) | Konstantan (55% Cu, 45% Ni) | Purppura (+), Punainen (-), Purppura (yhteensä) | -200°C - +870°C (-328°F - +1598°F) | 68 µV/°C | ±1.7°C (0.5%) | Korkea tarkkuus, keskimääräinen lämpötilaväli, alhainen hinta | | N | Nicrosil (84.1% Ni, 14.4% Cr, 1.4% Si, 0.1% Mg) | Nisil (95.5% Ni, 4.4% Si, 0.1% Mg) | Oranssi (+), Punainen (-), Oranssi (yhteensä) | -200°C - +1300°C (-328°F - +2372°F) | 39 µV/°C | ±2.2°C (0.75%) | Yleiskäyttö, laaja lämpötilaväli, vakaa | | S | Platina-rhodium (90% Pt, 10% Rh) | Platina (100% Pt) | Musta (+), Punainen (-), Vihreä (yhteensä) | 0°C - +1600°C (+32°F - +2912°F) | 10 µV/°C | ±1.5°C (0.25%) | Korkeat lämpötilat, korkea tarkkuus, kalliit | | R | Platina-rhodium (87% Pt, 13% Rh) | Platina (100% Pt) | Musta (+), Punainen (-), Vihreä (yhteensä) | 0°C - +1600°C (+32°F - +2912°F) | 10 µV/°C | ±1.5°C (0.25%) | Korkeat lämpötilat, korkea tarkkuus, kalliit | | B | Platina-rhodium (70% Pt, 30% Rh) | Platina-rhodium (94% Pt, 6% Rh) | Harmaa (+), Punainen (-), Harmaa (yhteensä) | +600°C - +1700°C (+1112°F - +3092°F) | 9 µV/°C | ±0.5% lukemasta ylöspäin +600°C (+1112°F) | Erittäin korkeat lämpötilat, alhainen herkkä |
Mikä ovat termopareiden etuja ja haittoja?
