Термоелемент: Прост и многонаменен температурен сензор

Што е термопара?

Термопарата е уред кој конвертира температурните разлики во електрична напон, базиран на принципот на термоелектрични ефект. Тоа е вид сензор кој може да мери температурата на одредена точка или локација. Термопарите се широко користат во различни полиња, како индустријални, домашни, трговски и научни применби, поради нивната едноставност, долговечност, ниска цена и широк опсег на температура.

Што е термоелектричниот ефект?

Термоелектричниот ефект е феноменот на генерирање на електрична напон поради температурната разлика помеѓу два различни метали или легури. Овој ефект беше откриен од германскиот физичар Томас Себек во 1821 година, кој забележа дека се создава магнетско поле околу затворена петлата од два различни метала кога една јункција беше загрета, а другата беше охладена.

Термоелектричниот ефект може да се објасни со движењето на слободни електрони во метали. Кога една јункција е загрета, електроните добиваат кинетичка енергија и се движеат побрзо кон похладната јункција. Ова создава потенцијална разлика помеѓу двете јункции, која може да се измери со волтметар или амперметар. Величината на напонот зависи од видот на металите што се користат и температурната разлика помеѓу јункциите.

Како функционира термопарата?

Термопарата се состои од две жице направени од различни метали или легури, поврзани заедно на двете крајни точки за да формираат две јункции. Една јункција, наречена горна или мерна јункција, е поставена на локацијата каде треба да се мери температурата. Другата јункција, наречена хладна или референтна јункција, се чува при константна и позната температура, обично на собна температура или во ледено купче.

Кога постои температурна разлика помеѓу двете јункции, се генерира електрична напон преку термопарниот колеџ поради термоелектричниот ефект. Овој напон може да се измери со волтметар или амперметар поврзан со колеџот. Користејќи табела за калибрација или формула која го релационално напонот со температурата за даден вид на термопара, може да се пресмета температурата на горната јункција.

Следниот дијаграм покажува основните работни принципи на термопарата:

Следниот видео објаснува како функционира термопарата во детали:

Што се видовите на термопари?

Постојат многу видови на термопари достапни, секој со различни карактеристики и применби. Видот на термопарата е одреден од комбинацијата на метали или легури што се користат за жиците. Најзастапени видови на термопари се означени со букви (како K, J, T, E, итн.) според интернационалните стандарди.

Следната табела сумира некои од главните видови на термопари и нивните својства:

| E | Никел-хром (90% Ni, 10% Cr) | Константан (55% Cu, 45% Ni) | Лавандова (+), Црвена (-), Лавандова (общо) | -200°C до +870°C (-328°F до +1598°F) | 68 µV/°C | ±1.7°C (0.5%) | Висока точност, среден опсег, ниска цена | | N | Никросил (84.1% Ni, 14.4% Cr, 1.4% Si, 0.1% Mg) | Нисил (95.5% Ni, 4.4% Si, 0.1% Mg) | Портокалова (+), Црвена (-), Портокалова (общо) | -200°C до +1300°C (-328°F до +2372°F) | 39 µV/°C | ±2.2°C (0.75%) | Општа примена, широк опсег, стабилна | | S | Платин-родиум (90% Pt, 10% Rh) | Платин (100% Pt) | Црна (+), Црвена (-), Зелена (общо) | 0°C до +1600°C (+32°F до +2912°F) | 10 µV/°C | ±1.5°C (0.25%) | Високи температури, висока точност, скапа | | R | Платин-родиум (87% Pt, 13% Rh) | Платин (100% Pt) | Црна (+), Црвена (-), Зелена (общо) | 0°C до +1600°C (+32°F до +2912°F) | 10 µV/°C | ±1.5°C (0.25%) | Високи температури, висока точност, скапа | | B | Платин-родиум (70% Pt, 30% Rh) | Платин-родиум (94% Pt, 6% Rh) | Сива (+), Црвена (-), Сива (общ