Thermocouple: Isang Simple at Versatile na Temperature Sensor

Ano ang Thermocouple?

Ang thermocouple ay isang aparato na nagsasalin ng pagkakaiba-iba ng temperatura sa electrical voltage, batay sa prinsipyo ng thermoelectric effect. Ito ay isang uri ng sensor na maaaring sukatin ang temperatura sa isang partikular na punto o lokasyon. Malawakang ginagamit ang mga thermocouples sa iba't ibang larangan, tulad ng industriyal, domestiko, komersyal, at siyentipiko, dahil sa kanilang simplisidad, tagal, mababang presyo, at malawak na saklaw ng temperatura.

Ano ang Thermoelectric Effect?

Ang thermoelectric effect ay ang paglikha ng electrical voltage dahil sa pagkakaiba-iba ng temperatura sa pagitan ng dalawang iba't ibang metal o metal alloy. Natuklasan ito ng German physicist na si Thomas Seebeck noong 1821, na nakita niya na isang magnetic field ang nilikha sa paligid ng saradong loop ng dalawang dissimilar metals kapag isinugo ang isang junction, at inabutan ng lamig ang isa pa.

Maaaring ipaliwanag ang thermoelectric effect sa pamamagitan ng paggalaw ng free electrons sa mga metal. Kapag isinugo ang isang junction, ang mga electron ay nakakakuha ng kinetic energy at lumilipas mas mabilis patungo sa mas malamig na junction. Ito ay naglilikha ng potential difference sa pagitan ng dalawang junctions, na maaaring sukatin gamit ang voltmeter o ammeter. Ang magnitude ng voltage ay depende sa uri ng mga metal na ginamit at sa pagkakaiba-iba ng temperatura sa pagitan ng mga junctions.

Paano Gumagana ang Thermocouple?

Ang thermocouple ay binubuo ng dalawang wire na gawa sa iba't ibang metal o metal alloy, na pinagsama sa parehong dulo upang makabuo ng dalawang junction. Ang isa na tinatawag na hot o measuring junction, ay inilalagay sa lugar kung saan dapat sukatin ang temperatura. Ang iba pang junction na tinatawag na cold o reference junction, ay inaalamin sa isang constant at alam na temperatura, karaniwang sa room temperature o sa isang ice bath.

Kapag may pagkakaiba-iba ng temperatura sa pagitan ng dalawang junctions, isang electric voltage ang nililikha sa thermocouple circuit dahil sa thermoelectric effect. Maaaring sukatin ang voltage na ito gamit ang voltmeter o ammeter na konektado sa circuit. Sa pamamagitan ng calibration table o formula na nag-uugnay sa voltage sa temperatura para sa isang tiyak na uri ng thermocouple, maaaring makalkula ang temperatura ng hot junction.

Ang sumusunod na diagram ay nagpapakita ng basic working principle ng thermocouple:

Ang sumusunod na video ay nagpapaliwanag kung paano gumagana ang thermocouple nang mas detalyado:

Ano ang Mga Uri ng Thermocouples?

Maraming uri ng thermocouples ang available, bawat isa ay may iba't ibang characteristics at applications. Ang uri ng thermocouple ay matutukoy sa pamamagitan ng combination ng metals o metal alloys na ginamit para sa wires. Ang pinakakaraniwang uri ng thermocouples ay designated sa pamamagitan ng letters (tulad ng K, J, T, E, etc.) ayon sa international standards.

Ang sumusunod na talahanayan ay nagbibigay ng summary ng ilan sa pangunahing uri ng thermocouples at kanilang properties:

| E | Nickel-chromium (90% Ni, 10% Cr) | Constantan (55% Cu, 45% Ni) | Purple (+), Red (-), Purple (overall) | -200°C hanggang +870°C (-328°F hanggang +1598°F) | 68 µV/°C | ±1.7°C (0.5%) | High accuracy, moderate range, low cost | | N | Nicrosil (84.1% Ni, 14.4% Cr, 1.4% Si, 0.1% Mg) | Nisil (95.5% Ni, 4.4% Si, 0.1% Mg) | Orange (+), Red (-), Orange (overall) | -200°C hanggang +1300°C (-328°F hanggang +2372°F) | 39 µV/°C | ±2.2°C (0.75%) | General purpose, wide range, stable | | S | Platinum-rhodium (90% Pt, 10% Rh) | Platinum (100% Pt) | Black (+), Red (-), Green (overall) | 0°C hanggang +1600°C (+32°F hanggang +2912°F) | 10 µV/°C | ±1.5°C (0.25%) | High temperature, high accuracy, expensive | | R | Platinum-rhodium (87% Pt, 13% Rh) | Platinum (100% Pt) | Black (+), Red (-), Green (overall) | 0°C hanggang +1600°C (+32°F hanggang +2912°F) | 10 µV/°C | ±1.5°C (0.25%) | High temperature, high accuracy, expensive | | B | Platinum-rhodium (70% Pt, 30% Rh) | Platinum-rhodium (94% Pt, 6% Rh) | Gray (+), Red (-), Gray (overall) | +600°C hanggang +1700°C (+1112°F hanggang +3092°F) | 9 µV/°C | ±0.5% of reading above +600°C (+1112°F) | Very high temperature, low sensitivity |

Ano ang Mga Advantages at Disadvantages ng Thermocouples?

Ang thermocouples ay may maraming advantages at disadvantages kumpara sa iba pang temperature sensors, tulad ng RTDs (Resistance Temperature Detectors),