Termoelektr element

Tərif

Termoelektr cihazı, temperatur, elektrik akımı və qüvvəni məlumatlaşdırmaq üçün termopar istifadə edən ölçmə vasitəsidir. Bu universal cihaz hem də müxtəlif tətbiqlərdə qiymətləndirilə bilər, çünki onun həm də dəyişən (AC) və sabit (DC) elektrik akımında ölçülmələr etmək qabiliyyəti var.

Termoparın Əsasları

Termopar, iki fərqli metaldan ibarət bir elektrik cihazıdır. Onun işləmə prinsipi, bu iki fərqli metalın kəsişməsindən yaranan nöqtədə isti enerjinin elektrik enerjiyə çevrilməsinə əsaslanır. Bu effekt, Seebeck effekti adlanır və termoparlı cihazların temperatur və digər elektrik parametrləri dəqiqliklə olaraq ölçməsinə imkan verir, çünki metalların kəsişməsindən yaranan elektrik potensial istifadə edilir.

İşləmə Mekanizmi

Elektrik akımının ölçüləməsi üçün, ölçüləcək akım termoparın kəsişməsindən keçirilir. Akım axınca, isidici elementin içində isti enerji yarandır. Bununla da, termopar onun çıxış kontaktlarında elektromotiv kuvvet (emf) yaratır. Bu yarandı emf daha sonra Daimi Mağna Hərəkətli Bobin (PMMC) aləti ilə ölçülür. Bu emfin miqdarı, termoparın kəsişməsindəki temperatur və ölçülən akımın kvadrat orta (RMS) qiymətinə mütənasibdir.

Əsas Avantajlar

Termoparlı cihazların ən bənzərli avantajlarından biri, yüksək frekvanslı elektrik akımı və qüvvənin ölçüləməsinə uyğun olmasıdır. Bu cihazlar 50Hz-dən yuxarı olan frekvanslarda daha dəqiq olduğu üçün, yüksək frekvanslı elektrik parametrlərinin dəqiqliklə olaraq məlumatlaşdırılması tələb edilən tətbiqlərdə idealdir.

Termoelektr Alətlərinin İşləmə Prinsipi

Termal elektromotiv kuvvetin yarandığı devre, iki fərqli metaldan ibarətdir. Bu metalların kəsişməsindəki temperatur, alətin ümumi işləməsində və funksionallığını anlamaqda əhəmiyyətli rol oynayır.

a və b sabitlərinin dəyərləri, termoparda istifadə olunan metalların xüsusiyyətlərinə görə təyin olunur. Tipik olaraq, a dəyəri 40-50 mikrovolt aralığında, b dəyəri isə bir neçə onuncu və ya yüzənci mikrovolt derece kvadrat (μV/C°2) aralığında olur.

Δθ-ni, termoparın isti və soyuq kəsişmələri arasındakı temperatur fərqini ifadə edir. Buna əsasən, ilgili temperatur-unvanlı ifadələr aşağıdakı kimi təyin edilə bilər.

Isidici, isti enerji yaratır və yarandı isti enerjinin miqdarı, elektrik akımının kvadrat orta (RMS) dəyərinin kvadratının (I) və isidici elementin direkcə (R)-inin hasilinə mütənasibdir, I2R düsturu ilə ifadə olunur. Nəticədə, temperatur artışı da isidici element tərəfindən yarandı isti enerjiyə mütənasibdir. Bu əlaqə, isidicinin necə işlədiyini və sistemdəki temperaturu təsirləyə bildiyini anlamaqda əsas rol oynayır, elektrik girişi və isti çıxış arasında açıq bir əlaqə qurur.

Termoparlı alətin iki kəsişməsi var - soyuq və isti. Bu iki kəsişmə arasındakı fərq aşağıdakı kimi ifadə edilir

b dəyəri a nəzəriyyəsindən nisbətən kiçik olduğu üçün nəzərə alınmayır. Kəsişmədəki temperatur aşağıdakı kimi ifadə edilir

Daimi Mağna Hərəkətli Bobin (PMMC) alətinin sapması, onun terminalində yarandı elektromotiv kuvvete (emf) mütənasibdir. Bu əlaqə, yarandı emfin artırılması və azalması zamanı alətin hərəkətli bobunun sapmasının uyğun olaraq dəyişəcəyini göstərir. Riyazi olaraq, belə alətlərdə hərəkətli bobunun sapmasını ifadə edən tənlik, alətin elektrik girişiə cavab verməsinin fiziki prinsiplərini özlüyür.

Burada, ifadə K3 - aK1K2R sabit dəyərə ehtiyac duyar. Bu xüsusiyyət, alətin kvadrat qanunu cavabı göstərir, yəni alətin çıxışı, girdi miqdarına (elektrik akımı və ya qüvvə) kvadratı kimi dəyişir.

Termoelektr Alətinin Quruluşu

Termoelektr alət, əsasən iki mühüm komponentdən ibarətdir: termoelektr element və göstərici alət. Bu iki hissə birgə işləyərək, elektrik və isti miqdarların dəqiqliklə olaraq ölçüləməsinə imkan verir.

Termoelektr Elementlər

Termoparlı cihazlarda ümumi olaraq dörd fərqli tip termoelektr element istifadə olunur. Hər bir tipin özünün unikal xüsusiyyətləri və işləmə prinsipləri var, bunlar aşağıda detallı şəkildə təsvir olunur.

Əlaqəli Tip

Əlaqəli tip termoelektr element, ayrı bir isidici istifadə edir. Aşağıdakı şəkilə baxara, termoparın kəsişməsi isidici ilə doğrudan fiziki əlaqəyə gətirilir. Bu doğrudan əlaqə, isidicidən termoparın kəsişməsinə effektiv isti enerji köçürməsinə imkan verir, bu da isidici tərəfindən yarandı isti enerjinin elektrik sinyali (elektromotiv kuvvet və ya emf) formunda dəqiqliklə olaraq göstərici alət tərəfindən ölçülə bilən nəticələrə gətirir.

Elektrik Isidici Elementin Fonksiyaları

Elektrik isidici element, termoelektr alətdə aşağıdakı əsas funksiyaları yerinə yetirir:

• Enerji Çevrimi: Elektrik enerjisinin isti enerjiyə çevrilmesi prosesində əsas komponent kimi funksiyon görür. Bu çevrim, elektrik miqdarlarının isti effektlerin istifadə edilərək ölçüləməsinin ilk addımıdır.

• Termoelektr Çevrimi: Seebeck effektinə əsaslanaraq, isidici element tərəfindən yarandı isti enerji, daha sonra elektrik enerjiyə çevrilir. Bu çevrim, termoparın kəsişməsində baş verir, burada isti və soyuq kəsişmələr arasındakı temperatur fərqi elektromotiv kuvvet (emf) yaratır.

• Alətin İşləməsi: Termoparın çıxış terminali, Daimi Mağna Hərəkətli Bobin (PMMC) alətinə qoşulur. Yarandı elektrik enerjisinin minimal miqdarı, PMMC alətinin göstəricisinin sapmasına istifadə olunur. Bu enerji, alətin yayında saxlanılır, bu da göstəricinin pozisyonunu saxlamağa və ölçülən dəyəri göstərməyə kömək edir.

Termoelektr Elementlərin Növləri

Əlaqəsiz Tip Alət

Əlaqəsiz tip termoelektr alətlərdə, isidici element və termopar arasında doğrudan elektrik əlaqə yoxdur. Bunun əvəzinə, bu iki komponent elektrik izolyasiya tabaka ilə ayrılır. Bu izolyasiya, elektrik izolasiya təmin edir, amma alətin performansına da məhdudlaşdıra bilər. Əlaqəli tip alətlərlə müqayisədə, əlaqəsiz dizayn alətin ölçülən miqdardaki dəyişikliklərə daha az həssas olmasına və daha yavaş cavab verməsinə səbəb olur. Bu, izolyasiya barierinin varlığı nəticəsində isidici elementdən termoparın kəsişməsinə isti enerji köçürməsinin daha az effektiv olmasıdır.

Vakuum Termoelement

Vakuum tüblü termoelektr alətlərdə, həm isidici, həm də termopar boşaltılmış cam tübdə saxlanılır. Bu vakuum ortam, alətin effektivliyini nəinki artırır. Hava növbəsindən asılı olmayan isti enerji zədələnməsi minimuma endirilir. Bunun nəticəsində, isidici uzun müddət istini saxlaya bilir, bu da termopar üçün daha stabiil və münasib isti mənbə təmin edir. Bu isti generasiyanın stabilitəsi, vaxtla birlikdə daha dəqiq və etibarlı ölçülərə səbəb olur.

Köprü Tipi

Köprü tipi termoelektr alətlərdə, elektrik akımı doğrudan termopar üzərindən keçirilir. Akım axınca, termoparın temperaturu artır. Bu temperatur artımının miqdarı, elektrik akımının kvadrat orta (RMS) dəyərinə mütənasibdir. Bu doğrudan əlaqə, elektrik akımı, temperatur dəyişikliyi və termopardan yarandı elektrik çıxışı arasındakı əlaqə, belə alətlərin elektrik miqdarlarını dəqiqliklə olaraq ölçməsinin əsasını təşkil edir, müxtəlif ölçmə tətbiqləri üçün etibarlı və effektiv metod təmin edir.

Termoelektr Alətlərinin Avantajları

Termoelektr alətlər, elektrik ölçmə və təhlillər üçün bir çox nəticələr təmin edir, onları dəyərli alətlər halına gətirir:

• Düzgün RMS Göstərişi: Əsas avantajlardan biri, elektrik voltajı və akımın kvadrat orta (RMS) dəyərlərinin dalğalanan formada düzgün göstərilə bilər olmasıdır. Bu xüsusiyyət, ölçmə prosesini sadələşdirir, istifadəçilərin bu mühüm elektrik parametrləri dəqiqliklə olaraq və tez-tez məlumatlaşdırmağa imkan verir, ekstra hesablamalar və ya mürəkkəb çevirmə metodlarına ehtiyac yoxdur.

• Qarışıq Mağnit Sahələrinə Müraciətsiz: Bu alətlər, qarışıq mağnit sahələrinə müraciətsizdir. Bu müraciətsizlik, daha dəqiq və etibarlı ölçülərə imkan verir, çünki xarici mağnitik təsirlər alətin işləməsinə və nəticələrinə təsir etmir. Mağnitik təsirlərə məruz qalan ortamlarda, məsələn, elektrik maşınları və ya enerji xətlərinin yaxınlığında, bu avantaj xüsusi önəmlilik qazanır.

• Geniş Akım Ölçmə Aralığı: Bu alətlərdə istifadə olunan termoelektr elementlər, geniş akım ölçmə aralığına imkan verir. Kiçik akım və ya böyük akım tətbiqlərində, termoelektr alətlər dəqiqliklə olaraq ilkin dəyərləri saxlaya və göstərə bilər, bu da onları müxtəlif elektrik sistemləri və təcrübəli qurğular üçün versatildir.

• Yüksək Hassasiyyət: Termoelektr alətlər, elektrik miqdarlarındakı kiçik dəyişiklikləri də dəqiqliklə olaraq aşkar edə bilər. Bu hassasiyyət, voltaj və ya akımın dəyişikliklərinin çox önəmli nəticələrə səbəb olacaq tətbiqlərdə, məsələn, araşdırma laboratoriyalarında və ya digər elektrik cihazlarının kalibrasiyasında, dəqiqliklə olaraq ölçmələr üçün vacibdir.

• Potensiometr Kalibrasiya Funksiyası: Standart hüccənin dəqiqliyindən istifadə edərək, potensiometrlərin dəqiqliklə olaraq işləməsini və dəqiqliyini təmin etmək üçün çox faydalıdır. Potensiometrlər, elektrik şəbəkələrdə voltajın regulasiyası və ölçməsi üçün əsas komponentlərdir.

• Frekvensə Bağlı Olmayan İşləmə: Termoelektr elementlər, frekvens xətalarından azad olurlar, bu da bu alətlərin geniş frekvens aralığında istifadə edilə bilərək imkan verir. Bu xüsusiyyət, alternativ (AC) nöqtələrinin müxtəlif frekvenslərindən, nizamlayıcı elektrik sistemlərindən, yüksək frekvensli elektronik şəbəkələrə qədər tətbiqlər üçün uygundur.

Termoelektr Alətlərinin Zərurlülük Lənkərləri

Bir çox güclü yönə malik olmalara baxmayaraq, termoelektr alətlərinin bir nəticələsi var:

• Məhdud Üst Məhdudiyyəti: Başqa növ elektrik ölçmə elementlərinə nisbətən, termoelektr alətlərinin daha az üst məhdudiyyəti var. Bu, onların, rəqəmsal limitlərindən çox olan elektrik akımı və ya qüvvəyə maraqdakı zədələnmələrə və ya dəqiqliklə olaraq ölçmələrə daha az dayanıklı olduğunu göstərir. Nəticədə, bu alətlərin, üst məhdudiyyət şərtlərində işlədiləcək tətbiqlərdə, alətin zədələnməsinə və ya ölçmə dəqiqliyinin zədələnməsinə qarşı qoruyucu tədbirlər görmək lazımdır.