Hőmérsékletérzékelő: Egy egyszerű és sokoldalú mérőeszköz

Mi a termopár?

A termopár egy eszköz, amely hőmérsékletkülönbségeket átalakít elektromos feszültségnek a termoelektromos hatás alapján. Ez a szenzor mérheti a hőmérsékletet egy adott pontban vagy helyen. A termopárok széles körben használatosak különböző területeken, mint például az ipari, otthoni, kereskedelmi és tudományos alkalmazásokban, mert egyszerűek, tartósak, olcsók, és széles hőmérsékleti tartományt lefednek.

Mi a termoelektromos hatás?

A termoelektromos hatás a jelenség, amely elektromos feszültséget generál két különböző fém vagy fémlegzet közötti hőmérsékletkülönbség miatt. Ezt a hatást 1821-ben fedezte fel a német fizikus Thomas Seebeck, aki megfigyelte, hogy egy zárt körben két különböző fémlegzet között, ha az egyik csatlakozót melegíti, a másikat pedig hűt, akkor egy mágneses mező jön létre.

A termoelektromos hatást a fémben szabadon mozgó elektronok mozgása magyarázza. Ha az egyik csatlakozót melegíti, az elektronok kinetikai energiát nyernek, és gyorsabban mozognak a hidegebb csatlakozó felé. Ez potenciális különbséget hoz létre a két csatlakozó között, amit voltméterrel vagy ammeterrel mérhet. A feszültség nagysága függ a használt fém típusától és a csatlakozók közötti hőmérsékletkülönbségtől.

Hogyan működik a termopár?

A termopár két különböző fém vagy fémlegzetből készült drótból áll, amelyek végén össze vannak kötve két csatlakozóhoz. Az egyik csatlakozót, amit forró vagy mérő csatlakozónak nevezünk, a hőmérsékletet mérni kívánt helyre helyezzük. A másik csatlakozót, amit hideg vagy referenciájú csatlakozónak nevezünk, állandó és ismert hőmérsékleten tartjuk, általában szobahőmérsékleten vagy jégbáderben.

Ha van hőmérsékletkülönbség a két csatlakozó között, a termoelektromos hatás miatt elektromos feszültség keletkezik a termopár körben. Ez a feszültség mérhető voltméterrel vagy ammeterrel, amely a körhöz kapcsolódik. A termopár típusa szerinti kalibrációs táblázat vagy képlet segítségével, ami a feszültséget a hőmérséklettel kapcsolja össze, a forró csatlakozó hőmérsékletét számíthatjuk ki.

A következő diagram mutatja a termopár alapvető működési elvét:

A következő videó részletesebben bemutatja, hogyan működik a termopár:

Milyen fajtájú termopárok vannak?

Számos termopár fajtája létezik, mindegyik különböző jellemzőkkel és alkalmazásokkal. A termopár típusát a drótokat alkotó fém vagy fémlegzetek kombinációja határozza meg. A leggyakrabban használt termopárok betűkkel (pl. K, J, T, E, stb.) vannak jelölve nemzetközi szabványok szerint.

A következő táblázat összefoglalja a főbb termopártípusokat és jellemzőiket:

| E | Nickle-krom (90% Ni, 10% Cr) | Konstantan (55% Cu, 45% Ni) | Lila (+), Piros (-), Lila (összesen) | -200°C to +870°C (-328°F to +1598°F) | 68 µV/°C | ±1.7°C (0.5%) | Magas pontosság, közepes tartomány, alacsony költség | | N | Nikrosil (84.1% Ni, 14.4% Cr, 1.4% Si, 0.1% Mg) | Nisil (95.5% Ni, 4.4% Si, 0.1% Mg) | Narancs (+), Piros (-), Narancs (összesen) | -200°C to +1300°C (-328°F to +2372°F) | 39 µV/°C | ±2.2°C (0.75%) | Általános célú, széles tartomány, stabil | | S | Platina-rhodium (90% Pt, 10% Rh) | Platina (100% Pt) | Fekete (+), Piros (-), Zöld (összesen) | 0°C to +1600°C (+32°F to +2912°F) | 10 µV/°C | ±1.5°C (0.25%) | Magas hőmérséklet, magas pontosság, drága | | R | Platina-rhodium (87% Pt, 13% Rh) | Platina (100% Pt) | Fekete (+), Piros (-), Zöld (összesen) | 0°C to +1600°C (+32°F to +2912°F) | 10 µV/°C | ±1.5°C (0.25%) | Magas hőmérséklet, magas pontosság, drága | | B | Platina-rhodium (70% Pt, 30% Rh) | Platina-rhodium (94% Pt, 6% Rh) | Szürke (+), Piros (-), Szürke (összesen) | +600°C to +1700°C (+1112°F to +3092°F) | 9 µV/°C | ±0.5% of reading above +600°C (+1112°F) | Nagyon magas hőmérséklet, alacsony érzékenység |

Tipp