Czujnik temperatury termopara: Prosty i uniwersalny

Co to jest termopara

Termopara to urządzenie, które przekształca różnice temperatur w napięcie elektryczne, opierając się na zasadzie termoelektrycznej. Jest to rodzaj czujnika, który może mierzyć temperaturę w określonym punkcie lub miejscu. Termopary są szeroko stosowane w różnych dziedzinach, takich jak przemysł, gospodarstwa domowe, komercja i nauka, ze względu na swoją prostotę, trwałość, niską cenę i szeroki диапазон температур.

Co to jest efekt termoelektryczny?

Efekt termoelektryczny to zjawisko generowania napięcia elektrycznego spowodowanego różnicą temperatur między dwoma różnymi metalami lub stopami metali. Ten efekt został odkryty przez niemieckiego fizyka Thomasa Seebecka w 1821 roku, który zaobserwował, że pole magnetyczne powstaje wokół zamkniętego obwodu dwóch różnych metali, gdy jeden z połączeń jest nagrzany, a drugi ochłodzony.

Efekt termoelektryczny można wyjaśnić ruchem swobodnych elektronów w metalach. Gdy jedno połączenie jest nagrzane, elektrony zyskują energię kinetyczną i poruszają się szybciej w kierunku zimniejszego połączenia. To tworzy różnicę potencjałów między dwoma połączeniami, którą można zmierzyć przy użyciu woltomierza lub ammertometru. Wielkość napięcia zależy od typu używanych metali i różnicy temperatur między połączeniami.

Jak działa termopara?

Termopara składa się z dwóch drutów wykonanych z różnych metali lub stopów metali, połączonych na obu końcach, tworząc dwa połączenia. Jedno połączenie, zwane gorącym lub pomiarowym, umieszczane jest w miejscu, gdzie ma być zmierzona temperatura. Drugie połączenie, zwane zimnym lub referencyjnym, utrzymywane jest przy stałej i znanej temperaturze, zwykle w temperaturze pokojowej lub w lodowatej kąpieli.

Gdy występuje różnica temperatur między dwoma połączeniami, w obwodzie termopary generowane jest napięcie elektryczne dzięki efektowi termoelektrycznemu. To napięcie można zmierzyć za pomocą woltomierza lub amperomierza podłączonego do obwodu. Używając tabeli kalibracyjnej lub wzoru, który wiąże napięcie z temperaturą dla danego typu termopary, można obliczyć temperaturę gorącego połączenia.

Poniższy diagram przedstawia podstawową zasadę działania termopary:

Poniższy film wyjaśnia, jak działa termopara bardziej szczegółowo:

Jakie są typy termopar?

Istnieje wiele dostępnych typów termopar, każdy z innymi cechami i zastosowaniami. Typ termopary jest określany przez kombinację metali lub stopów metali używanych do drutów. Najbardziej powszechne typy termopar są oznaczane literami (takimi jak K, J, T, E itd.) zgodnie ze standardami międzynarodowymi.

Poniższa tabela podsumowuje niektóre główne typy termopar i ich właściwości:

| E | Nikel-chrom (90% Ni, 10% Cr) | Konstantan (55% Cu, 45% Ni) | Fioletowy (+), Czerwony (-), Fioletowy (ogólny) | -200°C do +870°C (-328°F do +1598°F) | 68 µV/°C | ±1.7°C (0.5%) | Wysoka dokładność, umiarkowany zakres, niska cena | | N | Nikrosil (84.1% Ni, 14.4% Cr, 1.4% Si, 0.1% Mg) | Nisil (95.5% Ni, 4.4% Si, 0.1% Mg) | Pomarańczowy (+), Czerwony (-), Pomarańczowy (ogólny) | -200°C do +1300°C (-328°F do +2372°F) | 39 µV/°C | ±2.2°C (0.75%) | Ogólne zastosowanie, szeroki zakres, stabilny | | S | Platyna-ród (90% Pt, 10% Rh) | Platyna (100% Pt) | Czarny (+), Czerwony (-), Zielony (ogólny) | 0°C do +1600°C (+32°F do +2912°F) | 10 µV/°C | ±1.5°C (0.25%) | Wysokie temperatury, wysoka dokładność, drogi | | R | Platyna-ród (87% Pt, 13% Rh) | Platyna (100% Pt) | Czarny (+), Czerwony (-), Zielony (ogólny) | 0°C do +1600°C (+32°F do +2912°F) | 10 µV/°C | ±1.5°C (0.25%) | Wysokie temperatury, wysoka dokładność, drogi | | B | Platyna-ród (70% Pt, 30% Rh) | Platyna-ród (94% Pt, 6% Rh) | Szary (+), Czerwony (-), Szary (ogólny) | +600°C do +1700°C (+1112°F do +3092°F) | 9 µV/°C | ±0.5% wartości powyżej +600°C (+1112°F) | Bardzo wysokie temperatury, niska czułość |

Jakie są zalety i wady termopar?