מגשח טמפרטורה: חיישן טמפרטורה פשוט ומגוון
מהו תרמוקרופל
תרמוקרופל הוא מכשיר הממיר הבדלים בטמפרטורה למתח חשמלי, על בסיס עקרון האפקט התרמואלקטרי. זהו סוג של חיישן שיכול למדוד טמפרטורה בנקודה או במקום מסוים. תרמוקרופלים נמצאים בשימוש נרחב במגוון תחומים, כגון תעשייתי, דומסטי, מסחרי ומדעי, בשל הפשטות שלהם, קשיחותם, עלות נמוכה וטווח טמפרטורות רחב.
מהו אפקט תרמואלקטרי?
אפקט תרמואלקטרי הוא התופעה של ייצור מתח חשמלי כתוצאה מהבדלים בטמפרטורה בין שני מתכות או אלוי מתכת שונים. התגלית נעשתה על ידי הפיזיקאי הגרמני תומאס זבבק בשנת 1821, שבחן כי שדה מגנטי נוצר סביב מעגל סגור של שתי מתכות שונות כאשר אחת הצמתות התחממה והשנייה הוחלטת.
אפקט תרמואלקטרי ניתן להסבר על ידי תנועת אלקטרונים חופשיים במתכות. כאשר אחת הצמתות מתחממת, האלקטרונים מקבלים אנרגיה קינטית ומשתנים במהירות לעבר הצומת הקריר יותר. זה יוצר הפרש פוטנציאלי בין שתי הצמתות, שניתן למדוד באמצעות וולטמטר או אמפרמטר. הגודל של המתח תלוי בסוג המתכות הנמצאות בשימוש ובהבדל הטמפרטורה בין הצמתות.
איך עובד תרמוקרופל?
תרמוקרופל מורכב משני כבלים עשויים מתכות או אלוי מתכת שונים, מחוברים יחד בקצותיהם כדי ליצור שתי צמתות. אחת הצמתות, המכונה הצומת החם או המדידה, מוצבת במקום שבו יש למדוד את הטמפרטורה. הצומת השנייה, המכונה הצומת הקר או המחויב, נשמרת בטמפרטורה קבועה וידועה, בדרך כלל בטמפרטורת החדר או באמבט של קרח.
כאשר יש הבדל בטמפרטורה בין שתי הצמתות, מתח חשמלי נוצר בעקבות אפקט תרמואלקטרי. מתח זה ניתן למדוד באמצעות וולטמטר או אמפרמטר המחובר לمدار. באמצעות טבלה של קליברציה או נוסחה שמקשרת בין המתח לטמפרטורה עבור סוג נתון של תרמוקרופל, ניתן לחשב את הטמפרטורה של הצומת החם.
התרשים הבא מציג את עקרון הפעולה הבסיסי של תרמוקרופל:
הווידאו הבא מסביר איך עובד תרמוקרופל בהרחבה רבה יותר:
מהם סוגי התרמוקרופלים?
קיימים מספר סוגים של תרמוקרופלים זמינים, כל אחד עם מאפיינים ויישומים שונים. סוג התרמוקרופל נקבע לפי המילוי של המתכות או אלוי המתכת המשמשים עבור הכבלים. הסוגים הנפוצים ביותר של תרמוקרופלים מzeichnetים על ידי אותיות (כגון K, J, T, E, וכדומה) בהתאם לסטנדרטים בינלאומיים.
הטבלה הבאה מרכזת חלק מהסוגים העיקריים של תרמוקרופלים ואת התכונות שלהם:
| סוג | כבל חיובי | כבל שלילי | קוד צבע | טווח טמפרטורה | רגישות | דיוק | יישומים |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| K | ניקל-כרום (90% Ni, 10% Cr) | ניקל-אלומיניום (95% Ni, 2% Al, 2% Mn, 1% Si) | צהוב (+), אדום (-), צהוב (כללי) | -200°C עד +1260°C (-328°F עד +2300°F) | 41 µV/°C | ±2.2°C (0.75%) | שימוש כללי, טווח רחב, עלות נמוכה |
| J | ברזל (99.5% Fe) | קונסטנטן (55% Cu, 45% Ni) | לבן (+), אדום (-), שחור (כללי) | -210°C עד +750°C (-346°F עד +1400°F) | 50 µV/°C | ±2.2°C (0.75%) | אטמוספרות חמצון, טווח מוגבל |
| T | נחושת (99.9% Cu) | קונסטנטן (55% Cu, 45% Ni) | כחול (+), אדום (-), חום (כללי) | -200°C עד +350°C (-328°F עד +662°F) | 43 µV/°C | ±1°C (0.75%) | טמפרטורות נמוכות, אטמוספרות חמצון |
| E | ניקל-כרום (90% Ni, 10% Cr) | קונסטנטן (55% Cu, 45% Ni) | סגול (+), אדום (-), סגול (כללי) |
| E | ניקל-כרום (90% Ni, 10% Cr) | קונסטנטן (55% Cu, 45% Ni) | סגול (+), אדום (-), סגול (כללי) | -200°C עד +870°C (-328°F עד +1598°F) | 68 µV/°C | ±1.7°C (0.5%) | דיוק גבוה, טווח בינוני, עלות נמוכה | | N | ניקרסיל (84.1% Ni, 14.4% Cr, 1.4% Si, 0.1% Mg) | ניסיל (95.5% Ni, 4.4% Si, 0.1% Mg) | כתום (+), אדום (-), כתום (כללי) | -200°C עד +1300°C (-328°F עד +2372°F) | 39 µV/°C | ±2.2°C (0.75%) | שימוש כללי, טווח רחב, יציבות | | S | פלטינה-רודיום (90% Pt, 10% Rh) | פלטינה (100% Pt) | שחור (+), אדום (-), ירוק (כללי) | 0°C עד +1600°C (+32°F עד +2912°F) | 10 µV/°C | ±1.5°C (0.25%) | טמפרטורה גבוהה, דיוק גבוה, יקר | | R | פלטינה-רודיום (87% Pt, 13% Rh) | פלטינה (100% Pt) | שחור (+), אדום (-), ירוק (כללי) | 0°C עד +1600°C (+32°F עד +2912°F) | 10 µV/°C | ±1.5°C (0.25%) | טמפרטורה גבוהה, דיוק גבוה, יקר | | B | פלטינה-רודיום (70% Pt, 30% Rh) | פלטינה-רודיום (94% Pt, 6% Rh) | אפור (+), אדום (-), אפור (כללי) | +600°C עד +1700°C (+1112°F עד +3092°F) | 9 µV/°C | ±0.5% מהקריאה מעל +600°C (+1112°F) | טמפרטורה מאוד גבוהה, רגישות נמוכה |
מהן ההעדפות והחסרונות של תרמוקרופלים?
תרמוקרופלים הם בעלי יתרונות וחסרונות רבים בהשוואה לשאר חיישני הטמפרטורה, כגון RTDs (חיישני 저ومة ט
