Termokupla: Jednostavan i prilagodljiv senzor temperature

Što je termopar

Termopar je uređaj koji pretvara razlike temperature u električni napon, temeljen na principu termoelektričnog efekta. To je vrsta senzora koji može mjeriti temperaturu na određenoj točki ili lokaciji. Termopari su široko korišteni u različitim područjima, poput industrijskih, domaćih, komercijalnih i znanstvenih aplikacija, zbog svoje jednostavnosti, izdržljivosti, niske cijene i širokog opsega temperature.

Što je termoelektrični efekt?

Termoelektrični efekt je fenomen generiranja električnog napona zbog razlike temperature između dvaju različitih metala ili legura metala. Ovaj efekt otkrio je njemački fizičar Thomas Seebeck 1821. godine, kada je primijetio da se oko zatvorenog zavrtnog kruga od dva različita metala stvara magnetsko polje kada se jedna spajanja zagrije, a druga ohladi.

Termoelektrični efekt može se objasniti pokretom slobodnih elektrona u metlima. Kada se jedno spajanje zagrije, elektroni dobivaju kinetičku energiju i brže se kreću prema hladnijem spajanju. To stvara potencijalnu razliku između dva spajanja, koja se može mjeriti voltmeterom ili ampermetrom. Veličina napona ovisi o vrsti metala koja se koriste i o razlici temperature između spajanja.

Kako radi termopar?

Termopar sastoji se od dva žica izrađena od različitih metala ili legura metala, spojena zajedno na oba kraja kako bi se formirala dva spajanja. Jedno spajanje, zvana vruće ili mjerenje, postavlja se na mjesto gdje se treba mjeriti temperatura. Drugo spajanje, zvana hladno ili referentno, drži se na konstantnoj i poznatoj temperaturi, obično na sobnu temperaturu ili u ledenoj kupi.

Kada postoji razlika temperature između dva spajanja, generira se električni napon u krugu termopara zbog termoelektričnog efekta. Taj napon se može mjeriti voltmeterom ili ampermetrom povezanim s krugom. Koristeći kalibracijsku tablicu ili formulu koja povezuje napon s temperaturom za određeni tip termopara, može se izračunati temperatura vrućeg spajanja.

Sljedeći dijagram prikazuje osnovni radni princip termopara:

Sljedeće video objašnjava kako radi termopar u više detalja:

Koji su tipovi termopara?

Postoji mnogo dostupnih tipova termopara, svaki s različitim karakteristikama i primjenama. Tip termopara određen je kombinacijom metala ili legura metala koji se koriste za žice. Najčešći tipovi termopara označeni su slovima (poput K, J, T, E itd.) prema međunarodnim standardima.

Sljedeća tablica sažima neke od glavnih tipova termopara i njihove osobine:

| E | Nikel-krom (90% Ni, 10% Cr) | Konstantan (55% Cu, 45% Ni) | Ljubičasta (+), Crvena (-), Ljubičasta (ukupno) | -200°C do +870°C (-328°F do +1598°F) | 68 µV/°C | ±1.7°C (0.5%) | Visoka točnost, umjereni raspon, niska cijena | | N | Nikrosil (84.1% Ni, 14.4% Cr, 1.4% Si, 0.1% Mg) | Nisil (95.5% Ni, 4.4% Si, 0.1% Mg) | Narandžasta (+), Crvena (-), Narandžasta (ukupno) | -200°C do +1300°C (-328°F do +2372°F) | 39 µV/°C | ±2.2°C (0.75%) | Općenito namjenjeno, širok raspon, stabilno | | S | Platina-rhodij (90% Pt, 10% Rh) | Platina (100% Pt) | Crna (+), Crvena (-), Zelena (ukupno) | 0°C do +1600°C (+32°F do +2912°F) | 10 µV/°C | ±1.5°C (0.25%) | Visoka temperatura, visoka točnost, skupo | | R | Platina-rhodij (87% Pt, 13% Rh) | Platina (100% Pt) | Crna (+), Crvena (-), Zelena (ukupno) | 0°C do +1600°C (+32°F do +2912°F) | 10 µV/°C | ±1.5°C (0.25%) | Visoka temperatura, visoka točnost, skupo | | B | Platina-rhodij (70% Pt, 30% Rh) | Platina-rhodij (94% Pt, 6% Rh) | Siva (+), Crvena (-), Siva (ukupno) | +600°C do +1700°C (+1112°F do +3092°F) | 9 µV/°C | ±0.5% čitanja iznad +600°C (+1112°F) | Vrlo visoka temperatura, niska osjetljivost |

Koji su prednosti i nedostaci termopara?

Podrška​