Термопара: Простий та універсальний датчик температури

Що Таке Термопара?

Термопара — це пристрій, який перетворює різницю температур у електричний напругу на основі принципу термоелектричного ефекту. Це тип датчика, який може вимірювати температуру в певній точці або місці. Термопари широко використовуються в різних галузях, таких як промисловість, побут, комерція та наукові дослідження, через свою простоту, довговічність, низьку вартість та широкий діапазон температур.

Що Таке Термоелектричний Ефект?

Термоелектричний ефект — це феномен генерації електричної напруги через різницю температур між двома різними металами або сплавами. Цей ефект був відкритий німецьким фізиком Томасом Зебеком у 1821 році, який спостеріг, що створюється магнітне поле навколо замкнутого контура з двох різних металів, коли один з'єднання нагрівається, а інший охолоджується.

Термоелектричний ефект можна пояснити за допомогою руху вільних електронів в металах. Коли одне з'єднання нагрівається, електрони отримують кінетичну енергію і швидше рухаються до холодного з'єднання. Це створює потенційну різницю між двома з'єднаннями, яка може бути виміряна вольтметром або амперметром. Величина напруги залежить від типу металів, які використовуються, та різниці температур між з'єднаннями.

Як Працює Термопара?

Термопара складається з двох дротів, виготовлених з різних металів або сплавів, які з'єднані на обох кінцях, формуючи два з'єднання. Одне з'єднання, яке називається гарячим або вимірювальним, розташоване в місці, де потрібно виміряти температуру. Інше з'єднання, яке називається холодним або референтним, зберігається при сталій і відомій температурі, зазвичай при кімнатній температурі або в льодовій бані.

Коли між двома з'єднаннями є різниця температур, через термоелектричний ефект в термопарному контурі генерується електрична напруга. Цю напругу можна виміряти вольтметром або амперметром, підключеним до контуру. Використовуючи калібрувальну таблицю або формулу, яка пов'язує напругу з температурою для заданого типу термопари, можна обчислити температуру гарячого з'єднання.

Наступна діаграма показує основний принцип роботи термопари:

Наступне відео пояснює як працює термопара детальніше:

Які Є Типи Термопар?

Існує багато типів термопар, кожен з яких має різні характеристики та застосування. Тип термопари визначається комбінацією металів або сплавів, які використовуються для дротів. Найпоширеніші типи термопар позначаються літерами (наприклад, K, J, T, E тощо) відповідно до міжнародних стандартів.

Наступна таблиця підсумовує деякі основні типи термопар та їх характеристики:

| E | Нікель-хром (90% Ni, 10% Cr) | Константан (55% Cu, 45% Ni) | Фіолетовий (+), Червоний (-), Фіолетовий (загальний) | -200°C до +870°C (-328°F до +1598°F) | 68 µV/°C | ±1.7°C (0.5%) | Висока точність, середній діапазон, низька вартість | | N | Нікросил (84.1% Ni, 14.4% Cr, 1.4% Si, 0.1% Mg) | Нісил (95.5% Ni, 4.4% Si, 0.1% Mg) | Помаранчевий (+), Червоний (-), Помаранчевий (загальний) | -200°C до +1300°C (-328°F до +2372°F) | 39 µV/°C | ±2.2°C (0.75%) | Універсальний, широкий діапазон, стабільний | | S | Платина-родій (90% Pt, 10% Rh) | Платина (100% Pt) | Чорний (+), Червоний (-), Зелений (загальний) | 0°C до +1600°C (+32°F до +2912°F) | 10 µV/°C | ±1.5°C (0.25%) | Високі температури, висока точність, дорогий | | R | Платина-родій (87% Pt, 13% Rh) | Платина (100% Pt) | Чорний (+), Червоний (-), Зелений (загальний) | 0°C до +