Termoelement: En enkel og multifunksjonell temperatursensor
Hva er en termokobler?
En termokobler er et enhet som konverterer temperaturforskjeller til elektrisk spenning basert på prinsippet om termoelektrisk effekt. Det er en type sensor som kan måle temperaturen på et bestemt punkt eller sted. Termokobler brukes utbredt i ulike felt, som industri, hushold, kommersielle og vitenskapelige applikasjoner, på grunn av deres enkelhet, holdbarhet, lav kostnad og bred temperaturområde.
Hva er termoelektrisk effekt?
Termoelektrisk effekt er fenomenet med å generere elektrisk spenning på grunn av en temperaturforskjell mellom to ulike metaller eller metalllegemer. Denne effekten ble oppdaget av den tyske fysikeren Thomas Seebeck i 1821, som observerte at et magnetfelt ble skapt rundt en lukket sirkel av to forskjellige metaller når en forbindelse ble varmet, mens den andre ble kjølt.
Termoelektrisk effekt kan forklares ved bevegelsen av frie elektroner i metallene. Når en forbindelse blir varmet, får elektronene kinetisk energi og beveger seg raskere mot den kalde forbindelsen. Dette skaper en potensialforskjell mellom de to forbindelsene, som kan måles med en spenningsmåler eller en strømmåler. Størrelsen på spenningen avhenger av typen metaller som brukes og temperaturforskjellen mellom forbindelsene.
Hvordan fungerer en termokobler?
En termokobler består av to tråder laget av forskjellige metaller eller metalllegemer, forbundet sammen ved begge ender for å danne to forbindelser. En forbindelse, kalt den varme eller målende forbindelsen, plasseres på stedet hvor temperaturen skal måles. Den andre forbindelsen, kalt den kalde eller referanseforbindelsen, holdes ved en konstant og kjent temperatur, vanligvis romtemperatur eller i isbad.
Når det er en temperaturforskjell mellom de to forbindelsene, genereres en elektrisk spenning over termokoblersirkelen på grunn av termoelektrisk effekt. Denne spenningen kan måles med en spenningsmåler eller en strømmåler koblet til sirkelen. Ved å bruke en kalibreringstabell eller en formel som relaterte spenningen til temperaturen for en gitt type termokobler, kan temperaturen for den varme forbindelsen beregnes.
Følgende figur viser den grunnleggende arbeidsprinsippet for en termokobler:
Følgende video forklarer hvordan en termokobler fungerer mer detaljert:
Hva er typer av termokobler?
Det finnes mange typer termokobler, hver med forskjellige egenskaper og anvendelser. Typen termokobler bestemmes av kombinasjonen av metaller eller metalllegemer som brukes for trådene. De mest vanlige typene termokobler er betegnet med bokstaver (som K, J, T, E, etc.) ifølge internasjonale standarder.
Følgende tabell summerer noen av de hovedtypene termokobler og deres egenskaper:
| Type | Positiv tråd | Negativ tråd | Fargekode | Temperaturområde | Følsomhet | Nøyaktighet | Anvendelser |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| K | Nikkel-krom (90% Ni, 10% Cr) | Nikkel-aluminium (95% Ni, 2% Al, 2% Mn, 1% Si) | Gul (+), Rød (-), Gul (totalt) | -200°C til +1260°C (-328°F til +2300°F) | 41 µV/°C | ±2,2°C (0,75%) | Generelt bruk, bred rekkevidde, lav kostnad |
| J | Jern (99,5% Fe) | Constantan (55% Cu, 45% Ni) | Hvit (+), Rød (-), Svart (totalt) | -210°C til +750°C (-346°F til +1400°F) | 50 µV/°C | ±2,2°C (0,75%) | Oksiderende atmosfærer, begrenset rekkevidde |
| T | Kobber (99,9% Cu) | Constantan (55% Cu, 45% Ni) | Blå (+), Rød (-), Brun (totalt) | -200°C til +350°C (-328°F til +662°F) | 43 µV/°C | ±1°C (0,75%) | Lave temperaturer, oksiderende atmosfærer |
| E | Nikkel-krom (90% Ni, 10% Cr) | Constantan (55% Cu, 45% Ni) | Lilla (+), Rød (-), Lilla |
| E | Nikkel-krom (90% Ni, 10% Cr) | Constantan (55% Cu, 45% Ni) | Lilla (+), Rød (-), Lilla (totalt) | -200°C til +870°C (-328°F til +1598°F) | 68 µV/°C | ±1,7°C (0,5%) | Høy nøyaktighet, moderat rekkevidde, lav kostnad | | N | Nicrosil (84,1% Ni, 14,4% Cr, 1,4% Si, 0,1% Mg) | Nisil (95,5% Ni, 4,4% Si, 0,1% Mg) | Oransje (+), Rød (-), Oransje (totalt) | -200°C til +1300°C (-328°F til +2372°F) | 39 µV/°C | ±2,2°C (0,75%) | Generelt bruk, bred rekkevidde, stabil | | S | Platin-rhodium (90% Pt, 10% Rh) | Platin (100% Pt) | Svart (+), Rød (-), Grønn (totalt) | 0°C til +1600°C (+32°F til +2912°F) | 10 µV/°C | ±1,5°C (0,25%) | Høy temperatur, høy nøyaktighet, dyrt | | R | Platin-rhodium (87% Pt, 13% Rh) | Platin (100% Pt) | Svart (+), Rød (-), Grønn (totalt) | 0°C til +1600°C (+32°F til +2912°F) | 10 µV/°C | ±1,5°C (0,25%) | Høy temperatur, høy nøyaktighet, dyrt | | B | Platin-rhodium (70% Pt, 30% Rh) | Platin-rhodium (94% Pt, 6% Rh) | Grå (+), Rød (-), Grå (totalt) | +600°C til +1700°C (+1112°F til +3092°F) | 9 µV/°C | ±0,5% av lesing over +600°C (+1112°F) | Veldig høy temperatur, lav følsomhet |
Hva er fordelene og ulemperne med termokobler?
Termokobler har mange fordelene og ulemper sammenlignet med andre temperatursensorer, som RTD (Resistance Temperature Detectors), termistorer, eller infrarødsensorer.
Noen av fordelene med termokobler er:
