Termoelement: En enkel och mångsidig temperaturmätare

Vad är en termokoppling?

En termokoppling är en enhet som omvandlar temperaturdifferenser till en elektrisk spänning baserat på principen för termoelektriskt effekt. Det är en typ av sensor som kan mäta temperaturen vid en specifik punkt eller plats. Termokopplingar används i olika områden, såsom industri, hushåll, kommersiellt och vetenskapligt, på grund av deras enkelhet, hållbarhet, låg kostnad och brett temperaturintervall.

Vad är termoelektrisk effekt?

Termoelektrisk effekt är fenomenet att generera en elektrisk spänning på grund av en temperaturdifferens mellan två olika metaller eller metalllegeringar. Denna effekt upptäcktes av den tyske fysikern Thomas Seebeck 1821, som observerade att ett magnetfält skapades runt en sluten slinga av två olika metaller när en anslutning värmdes och den andra svalkades.

Termoelektrisk effekt kan förklaras genom rörelsen av fria elektroner i metallen. När en anslutning värms upp får elektronerna kinetisk energi och rör sig snabbare mot den kallare anslutningen. Detta skapar en potentialskillnad mellan de två anslutningarna, vilket kan mätas med en voltmeter eller en amperometer. Storleken på spänningen beror på typen av metaller som används och temperaturdifferensen mellan anslutningarna.

Hur fungerar en termokoppling?

En termokoppling består av två trådar gjorda av olika metaller eller metalllegeringar, som är sammanfogade vid båda ändarna för att forma två anslutningar. En anslutning, kallad den varma eller mätande anslutningen, placeras vid den plats där temperaturen ska mätas. Den andra anslutningen, kallad den kalla eller referensanslutningen, hålls vid en konstant och känd temperatur, vanligtvis rumstemperatur eller i isbad.

När det finns en temperaturdifferens mellan de två anslutningarna genereras en elektrisk spänning över termokopplingsslingan på grund av termoelektriska effekten. Denna spänning kan mätas med en voltmeter eller en amperometer kopplad till kretsen. Genom att använda en kalibreringstabell eller en formel som relaterar spänningen till temperaturen för en given typ av termokoppling, kan temperaturen på den varma anslutningen beräknas.

Följande diagram visar den grundläggande funktionsprincipen för en termokoppling:

Följande video förklarar hur en termokoppling fungerar mer detaljerat:

Vilka typer av termokopplingar finns det?

Det finns många typer av termokopplingar tillgängliga, varje med olika egenskaper och tillämpningar. Typen av termokoppling bestäms av kombinationen av metaller eller metalllegeringar som används för trådarna. De vanligaste typerna av termokopplingar betecknas med bokstäver (som K, J, T, E, etc.) enligt internationella standarder.

Följande tabell summerar några av de huvudsakliga typerna av termokopplingar och deras egenskaper:

| E | Nickel-krom (90% Ni, 10% Cr) | Constantan (55% Cu, 45% Ni) | Lila (+), Röd (-), Lila (totalt) | -200°C till +870°C (-328°F till +1598°F) | 68 µV/°C | ±1,7°C (0,5%) | Högt exakt, moderat intervall, låg 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) | Orange (+), Röd (-), Orange (totalt) | -200°C till +1300°C (-328°F till +2372°F) | 39 µV/°C | ±2,2°C (0,75%) | Allmänt syfte, brett intervall, stabilt | | S | Platina-rhodium (90% Pt, 10% Rh) | Platina (100% Pt) | Svart (+), Röd (-), Grön (totalt) | 0°C till +1600°C (+32°F till +2912°F) | 10 µV/°C | ±1,5°C (0,25%) | Hög temperatur, högt exakt, dyrt | | R | Platina-rhodium (87% Pt, 13% Rh) | Platina (100% Pt) | Svart (+), Röd (-), Grön (totalt) | 0°C till +1600°C (+32°F till +2912°F) | 10 µV/°C | ±1,5°C (0,25%) | Hög temperatur, högt exakt, dyrt | | B | Platina-rhodium (70% Pt, 30% Rh) | Platina-rhodium (94% Pt, 6% Rh) | Grå (+), Röd (-), Grå (totalt) | +600°C till +1700°C (+1112°F till +3092°F) | 9 µV/°C | ±0,5% av läsning över +600°C (+1112°F) | Mycket hög temperatur, låg känslighet |

Vilka är fördelarna och nackdelarna med termokopplingar?