Θερμοσυνδέσμιο ειστήματος

Ορισμός

Ένα θερμοζευγάριο είναι ένα μέτρηση διαθέσιμο όργανο που χρησιμοποιεί ένα θερμοζευγάριο για να καθορίσει τη θερμοκρασία, την τροφοδοσία και την τάση. Αυτό το πολυεξάρτητο όργανο είναι σε θέση να κάνει μετρήσεις σε κύκλωμα αλληλουχικής (AC) και ομοιόμορφης (DC) τροφοδοσίας, κάνοντάς το ένα χρήσιμο εργαλείο σε μια ευρεία γκάμα εφαρμογών.

Βασικά Θερμοζευγαρίου

Το θερμοζευγάριο είναι ένα ηλεκτρικό συστατικό από δύο συνδεδεμένα καλώδια από διαφορετικά μέταλλα. Η λειτουργία του βασίζεται σε ένα βασικό αρχή: στη σύνδεση όπου αυτά τα δύο διαφορετικά μέταλλα συναντώνται, η θερμοενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια. Αυτό το φαινόμενο, γνωστό ως το εφέ Seebeck, αποτελεί τη βάση της λειτουργίας των θερμοζευγαρίων, επιτρέποντάς τους να μετρούν ακριβώς τη θερμοκρασία και άλλα ηλεκτρικά παράμετρα, εκμεταλλευόμενα την ηλεκτρική δυναμική που παράγεται στις συνδέσεις των μετάλλων.

Μηχανισμός Λειτουργίας

Για τη μέτρηση της μεγέθους της ηλεκτρικής τροφοδοσίας, η τροφοδοσία που πρέπει να μετρηθεί περνά από τη σύνδεση του θερμοζευγαρίου. Καθώς η τροφοδοσία ρέει, παράγει θερμότητα μέσα στο στοιχείο θέρμανσης. Σε απάντηση, το θερμοζευγάριο επικαλύπτει μια ηλεκτροκινητική δύναμη (emf) στις εξόδους του. Αυτή η επικαλυμμένη emf μετριέται με ένα Permanent - Magnet Moving - Coil (PMMC) όργανο. Το μέγεθος αυτής της emf είναι ανάλογο με τη θερμοκρασία στη σύνδεση του θερμοζευγαρίου και την τετραγωνική μέση της μετρημένης τροφοδοσίας.

Κύρια Πλεονεκτήματα

Ένα από τα πιο σημαντικά πλεονεκτήματα των θερμοζευγαρίων είναι η ευκαιρία για μετρήσεις υψηλής συχνότητας τροφοδοσίας και τάσης. Αυτά τα όργανα εμφανίζουν μεγαλύτερη ακρίβεια σε συχνότητες πάνω από 50Hz, κάνοντάς τα ιδανικά για εφαρμογές όπου χρειάζεται να καθοριστούν ακριβώς ηλεκτρικά παράμετρα υψηλής συχνότητας.

Αρχή Λειτουργίας Θερμοηλεκτρικών Οργάνων

Η παραγωγή θερμοηλεκτρικής emf συμβαίνει σε ένα περίπλεξμα από δύο διαφορετικά μέταλλα. Η θερμοκρασία στη σύνδεση όπου αυτά τα μέταλλα συναντώνται παίζει κρίσιμο ρόλο στην ολοκληρωμένη λειτουργία και είναι ένα βασικό παράμετρο για την κατανόηση της λειτουργίας του όργανου.

Εάν α και b είναι σταθερές, τις οποίες καθορίζουν οι ιδιότητες των μετάλλων που χρησιμοποιούνται στο θερμοζευγάριο. Συνήθως, η τιμή της α κυμαίνεται από 40 έως 50 μικροβόλτ, ενώ η b έχει τιμή στο εύρος μερικών δεκαδών έως εκατοντάδων μικροβόλτ ανά βαθμό Κελσίου τετραγωνικό (μV/C°2).

Σημειώστε Δθ ως τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των ζεστών και κρύων συνδέσεων του θερμοζευγαρίου. Με βάση αυτό, οι σχετικές θερμοκρασιακές εκφράσεις μπορούν να παραχθούν ως εξής.

Ο θερμαντήρας παράγει θερμότητα, και η ποσότητα θερμότητας που παράγεται είναι ανάλογη με το γινόμενο του τετράγωνου της τετραγωνικής μέσης της τροφοδοσίας (I) και την αντίσταση (R) του στοιχείου θέρμανσης, εκφρασμένη από την τύπο I2R. Συνεπώς, η αύξηση της θερμοκρασίας είναι επίσης ανάλογη με τη θερμότητα που παράγεται από το στοιχείο θέρμανσης. Αυτή η σχέση είναι βασική για την κατανόηση της λειτουργίας του θερμαντήρα και την επιρροή του στη θερμοκρασία μέσα στο σύστημα, δημιουργώντας μια σαφή σύνδεση μεταξύ ηλεκτρικής εισόδου και θερμικής εξόδου.

Το θερμοζευγάριο όργανο έχει δύο συνδέσεις, κρύη και ζεστή. Η διαφορά μεταξύ αυτών των δύο συνδέσεων εκφράζεται ως

Η τιμή της b είναι πολύ μικρή σε σύγκριση με την α και επομένως αγνοείται. Η θερμοκρασία στη σύνδεση εκφράζεται ως

Η κλίνηση ενός Permanent - Magnet Moving - Coil (PMMC) όργανου είναι ανάλογη με την ηλεκτροκινητική δύναμη (emf) που παράγεται στις εξόδους του. Αυτή η σχέση σημαίνει ότι όταν η παραγόμενη emf αυξάνεται ή μειώνεται, η κλίνηση του κινητού κατανεμητή του όργανου αλλάζει αντίστοιχα. Μαθηματικά, η κλίνηση του κινητού κατανεμητή μέσα σε τέτοια όργανα μπορεί να εκφραστεί από την παρακάτω εξίσωση, η οποία συνοψίζει τις φυσικές αρχές που διέπουν την απάντηση του όργανου στην ηλεκτρική είσοδο.

Εδώ, η εκφώνηση K3 - aK1K2R) οδηγεί σε μια σταθερή τιμή. Αυτή η χαρακτηριστική δίνει στο όργανο μια τετραγωνική απάντηση, που σημαίνει ότι η εξόδος του όργανου μεταβιβάζεται ως το τετράγωνο της εισόδου ποσότητα (όπως τροφοδοσία ή τάση).

Κατασκευή Θερμοηλεκτρικού Όργανου

Ένα θερμοηλεκτρικό όργανο αποτελείται κυρίως από δύο βασικά συστατικά: το θερμοηλεκτρικό στοιχείο και το όργανο οδηγίας. Αυτά τα δύο μέρη λειτουργούν σε συνδυασμό για να επιτρέπουν ακριβή μέτρηση ηλεκτρικών και θερμικών ποσοτήτων.

Θερμοηλεκτρικά Στοιχεία

Τέσσερα διαφορετικά είδη θερμοηλεκτρικών στοιχείων είναι συνήθως χρησιμοποιούμενα σε θερμοζευγαριακά όργανα. Κάθε είδος έχει τα δικά του μοναδικά χαρακτηριστικά και λειτουργικές αρχές, οι οποίες λεπτομερώς περιγράφονται παρακάτω.

Επαφή Τύπου

Το θερμοηλεκτρικό στοιχείο επαφής χρησιμοποιεί έναν ξεχωριστό θερμαντή. Όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα, η σύνδεση του θερμοζευγαρίου φέρεται σε άμεση φυσική επαφή με τον θερμαντή. Αυτή η άμεση επαφή επιτρέπει αποτελεσματική μεταφορά θερμότητας από τον θερμαντή στη σύνδεση του θερμοζευγαρίου, η οποία είναι κρίσιμη για την ακριβή μετατροπή της θερμικής ενέργειας που παράγεται από τον θερμαντή σε ηλεκτρικό σήμα (ηλεκτροκινητική δύναμη ή emf) που μπορεί να μετρηθεί από το όργανο οδηγίας.

Λειτουργίες του Ηλεκτρικού Στοιχείου Θέρμανσης

Το ηλεκτρικό στοιχείο θέρμανσης υπηρετεί τους παρακάτω κρίσιμους σκοπούς μέσα σε ένα θερμοηλεκτρικό όργανο:

• Μετατροπή Ενέργειας: Λειτουργεί ως βασικό συστατικό στη μετατροπή ηλεκτρικής ενέργειας σε θερμική ενέργεια. Αυτή η μετατροπή είναι η πρώτη βήμα στη διαδικασία που επιτρέπει τη μέτρηση ηλεκτρικών ποσοτήτων με τη χρήση θερμικών επιδράσεων.

• Θερμοηλεκτρική Μετατροπή: Εκμεταλλευόμενο το εφέ Seebeck, η θερμική ενέργεια που παράγεται από το στοιχείο θέρμανσης μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια. Αυτή η μετατροπή συμβαίνει στη σύνδεση του θερμοζευγαρίου, όπου η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των ζεστών και κρύων συνδέσεων δημιουργεί μια ηλεκτροκινητική δύναμη (emf).

• Λειτουργία του Όργανου: Οι εξόδους του θερμοζευγαρίου είναι συνδεδεμένοι με ένα Permanent - Magnet Moving - Coil (PMMC) όργανο. Μια ελάχιστη ποσότητα της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιείται για να κλίνει το δείκτη του PMMC όργανου. Αυτή η ενέργεια αποθηκεύεται στην ελατήρια του όργανου, η οποία βοηθά στη διατήρηση της θέσης του δείκτη και στην οδήγηση της μετρημένης τιμής.

Τύποι Θερμοηλεκτρικών Στοιχείων

Όργανο Χωρίς Επαφή

Σε θερμοηλεκτρικά όργανα χωρίς επαφή, δεν υπάρχει άμεση ηλεκτρική σύνδεση μεταξύ του στοιχείου θέρμανσης και του θερμοζευγαρίου. Αντίθετα, τα δύο συστατικά είναι χωρισμένα από ένα επίπεδο ηλεκτρικής απομόνωσης. Αν και αυτή η απομόνωση παρέχει ηλεκτρική απομόνωση, έχει επίσης σημαντική επίδραση στην απόδοση του όργανου. Σε σύγκριση με τα όργανα με επαφή, η σχεδία χωρίς επαφή κάνει το σύστημα λιγότερο ευαίσθητο σε αλλαγές της μετρούμενης ποσότητας και έχει πιο βραδύτερες απαντήσεις. Αυτό συμβαίνει επειδή η μεταφορά θερμότητας από το στοιχείο θέρμανσης στο θερμοζευγάριο είναι λιγότερο αποτελεσματική λόγω της παρουσίας της απομονωτικής επιφάνειας.

Θερμοζευγάριο σε Κενό

Σε θερμοηλεκτρικά όργανα με βάση λαμπίδες, και ο θερμαντήρας και το θερμοζευγάριο είναι εγκατεστημένα μέσα σε ένα αποστρωμένο φιάλη. Αυτό το περιβάλλον κενού σημαντικά ενισχύει την απόδοση του όργανου. Απορρίπτοντας την παρουσία αέρα, η θερμική απώλεια μέσω συντονισμού και μεταφοράς είναι ελαχιστοποιημένη. Συνεπώς, ο θερμαντήρας μπορεί να διατηρήσει τη θερμότητα για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, εξασφαλίζοντας έναν πιο σταθερό και συνεχή θερμικό πηγή για το θερμοζευγάριο. Αυτή η σταθερότητα στην παραγωγή θερμότητας οδηγεί σε πιο ακριβείς και αξιόπιστες μετρήσεις με την πάροδο του χρόνου.

Πύλη Τύπου

Σε θερμοηλεκτρικά όργανα τύπου πύλης, η ηλεκτρική τροφοδοσία ρέει άμεσα μέσα από το θερμοζευγάριο. Καθώς