Termokupla instrumentua

Definizioa

Termokupla instrumentua neurrizko gailu bat da, termokupla erabiliz tenperatura, korrontea eta tentsioa zehazteko. Instrumentu anbistan honek korronte hertzianoko (AC) eta korronte zuzendarra (DC) kideetan egin dezake neurketak, horrek aplikazio askotan balio duena.

Termokuplen oinarriak

Termokupla elektriko gailu bat da bi metal desberdinetatik osatutako kable bi dituena. Bere funtzionalitatea oinarrizko printzipio baten gainean datza: bi metal desberdinek elkarrekin topo egiten duten puntuan, energia termikoa energia elektriko bi bihurtzen da. Hau Seebeck efektu gisa ezaguna da, eta termokupla instrumentuen funtzionamendurako oinarria da, tenperatura eta beste parametro elektriko batzuk zehazki neurtzeko ahalbidetuena.

Funtzionamenduaren mekanismoa

Korronte baten magnitudea neurtzeko, neurtuko den korrontea pasatu behar da termokuplen juntaskiari. Korrontea igaro ahala, kalore sortzen du kalore elementuan. Erantzun gisa, termokupla indar elektromotriz bat (emf) sortzen du bere bornetan. Gero, emf hau Permanent - Magnet Moving - Coil (PMMC) instrumentu batez neurtzen da. Emf hauaren magnitudea zuzenki proportzionala da termokuplen juntaskiaren tenperaturarekin eta neurtutako korrontearen balio errazenean-karratu (RMS) arean.

Garrantzi handiko abantailak

Termokupla instrumentuek dituzten abantaila nabarmenenetako bat da, korronte eta tentsio altu-frekuentzietarako neurtzeko egokiak direla. Instrumentu hauek 50Hz baino goiko frekuentzietan zehaztasuna gehitzen dute, horrela frekuentzia altuetan parametro elektriko zehatzak zehazki neurtzeko idealk dira.

Termoelektriko instrumentuen funtzionamenduaren oinarrizko printzipioa

Errekil-emf-a bi metal desberdinetatik osatutako kide baten barne sortzen da. Bi metal hauek elkarrekin topo egiten duten puntuko tenperatura oso garrantzitsu da instrumentuaren funtzionamenduan, eta instrumentuaren funtzionamendua ulertzeko parametro garrantzitsua da.

Izan bedi a eta b konstanteak, termokuplan erabilitako metalen ezaugarrietan oinarrituta finkatzen direnak. Adibidez, a-ren balioa 40tik 50 mikrovolta artekoa izaten da, berriz, b-ren balioa zenbait hamarkadetik ehundetara mikrovolta gradu celsius karratu bakoitzeko (μV/C°2).

Δθ adierazpenek adierazten du termokuplen juntaski hota eta koldea arteko tenperatura-kenkia. Honen arabera, tenperatura-erlazionatutako adierazpen aukeragarriak lor daitezke.

Kalorerako elementuak kalore sortzen du, eta kalore kopuruak korrontearen balio errazenean-karratu (RMS) karratuaren eta kalorerako elementuaren gorputza (R) arteko produktuarekiko proportzionala da, I2R formula bidez adierazita. Ondorioz, tenperatura-aldaketa ere kalorerako elementuak sortutako kalorearekiko proportzionala da. Eragile honek kalorerako elementuak nola funtzionatzen dituen eta sistema barruan tenperatura nola aldatzen duen ulertzeko oinarria ematen du, elektrikoen sarrera eta termikoen irteera arteko lotura argia ezartzen duena.

Termokupla instrumentuak bi juntaski ditu: koldea eta hota. Bi juntaski hauen arteko kenkia honela adierazten da

b-ren balioa a-rekin alderatuta oso txikia da, beraz, askotan baztertzen da. Juntaskiko tenperatura honela adierazten da

Permanent - Magnet Moving - Coil (PMMC) instrumentu baten desplazamendua zuzenki proportzionala da bere bornetan sortutako indar elektromotriz (emf)-arekin. Eragile hauetan, emf handitu edo murriztu ahala, eragileko mugimenduko koilaren desplazamendua modu antzekoan aldatzen da. Matematikoki, eragile hauetan mugimenduko koilaren desplazamendua ondorengo ekuazio bidez adieraz daiteke, ekuazioak eragilearen erantzuna elektriko sarrerari buruzko fisikaren printzipioak enpazitatzen dituen.

Hemen, K3 - aK1K2R) adierazpenak balio konstante bat ematen du. Karakteristika hau eragileak lege karratu bat erakusten duela esan nahi du, hau da, eragilearen irteera sarrera baten (korrontea edo tentsioa) karratuarekin aldatzen dela.

Termoelektriko instrumentuen eraikuntza

Termoelektriko instrumentu bat bi osagai nagusitik osatuta dago: termoelektriko elementua eta erakusteko instrumentua. Bi atal hauk lan egiten dute elkarrekin elektriko eta termiko neurriak zehazki neurtzeko.

Termoelektriko elementuak

Lau motatako termoelektriko elementu arrunta daude termokupla instrumentuetan. Mota bakoitzak ezaugarri bereziak ditu, eta haien funtzionamendu-oinarrizko printzipioak azpian detallatuta agertzen dira.

Harremana-mota

Harremana-mota termoelektriko elementuak kalorerako elementu desberdina erabiltzen du. Argazkiaren arabera, termokuplen juntaskia zuzen kalorerako elementuarekin harremanatzen da. Harremana hau kalorerako elementuak sortutako kaloreak termokuplen juntaskira eragilegunean efizienteki traspasatzea ahalbidetzen du, eta hau zehazki kalorerako elementuak sortutako energia termikoa elektriko segnal batera (indar elektromotriz edo emf) bihurtzeko beharrezkoa da, erakusteko instrumentuak neurtzeko.

Elektriko kalorerako elementuaren funtzioak

Elektriko kalorerako elementuak funtzio garrantzitsu hauek ditu termoelektriko instrumentuan:

• Energia-bihurketa: Hau elektriko energiari kaloreenergiari bihurtzeko pieza garrantzitsu bat da. Bihurketa hau elektriko neurriak termikoki neurtzeko prozesuaren hasiera da.

• Termoelektriko-bihurketa: Kalorerako elementuak sortutako kalore-energia Seebeck efektuaren bidez elektriko energiara bihurtzen da. Bihurketa hau termokuplen juntaskian gertatzen da, non juntaski hota eta koldea arteko tenperatura-kenkia indar elektromotriz bat (emf) sortzen duen.

• Instrumentuaren funtzionamendua: Termokuplen bornak Permanent - Magnet Moving - Coil (PMMC) instrumentu bati lotzen dira. Sortutako elektriko energiaren porzio txiki bat PMMC instrumentuaren puntuari desplazaratzeko erabiltzen da. Energia hau eragilearen muellean gorde da, eta puntuaren kokapena mantentzeko laguntzen du, neurtutako balioa erakusteko.

Termoelektriko elementuen motak

Ez-harremana-mota instrumentua

Ez-harremana-mota termoelektriko instrumentuetan, kalorerako elementuaren eta termokuplen artean ez dago harremana elektriko zuzena. Aldiz, bi osagai hauek elektriko isolamendu kirol baten bitartez bereizten dira. Isolamenduak elektriko isolamendua ematen du, baina instrumentuaren prestazioan eragina du. Harremana-mota instrumentuekin alderatuta, ez-harremana diseinua sisteman aldagai neurtua aldatzeko osasuntsuagoa eta erantzun-denborak luzeagoak ditu. Hau kalorerako elementutik termokuplera kalore-traspasa efizientziagabea delako, isolamendu barrualdiaren ondorioz.

Bakuna termo-elementua

Bakuna-tubo based termoelektriko instrumentuetan, kalorerako elementua eta termokupla bakuna tubo kristal baten barnean ditu. Ingurumen hau instrumentuaren efizientzia askoz gehiago hobetzen du. Airearen ausazka murriztu ostean, konveksio eta konduzio bidezko kalore-perdak murriztu egiten dira. Horrela, kalorerako elementuak kalorea luzeago gorde dezake, termokuplarako kalorerako iturri estaltasuna eta fidagarria eskaintzen duena. Kalorerako iturri hau estaltasuna eta fidagarritasuna lortzen du, neurketak denbora luzean zehatz eta fidagarriak izatea ahalbidetzeko.

Zubia-mota

Zubia-mota termoelektriko instrumentuetan, elektriko korrontea zuzen termokuplen zati baten zehar igaro egiten da. Korrontea igaro ahala, termokuplen tenperatura goratzen hasten da. Tenperatura-aldaketaren magnitudea zuzenki proportzionala da korrontearen balio errazenean-karratu (RMS) arean. Korrontea, tenperatura-aldaketa, eta ondoriozko elektriko irteera arteko harremana zuzena hau instrumentu hauen elektriko neurriak zehazki neurtzeko oinarria da, neurri askotan erabilgarri eta fidagarria izatea ahalbidetzen duena.

Termoelektriko instrumentuen abantailak

Termoelektriko instrumentuak abantaila nabarmen ugari dituzte, elektriko neurriak eta analisiak egiteko tresna balio garrantzitsuak bihurtuz:

• Errazena RMS erakustea: Abantaila garrantzitsuenetako bat da, korronte eta tentsioaren balio errazenean-karratu (RMS) zuzen erakusteko aukera. Eremu hau neurriak erraz eta zehazki egin dezake, eragileak zehazki balio hauak jakiteko kalkulu gehigarriak edo konbertsio konplexuak egin behar izan ez dituztelako.

• Stray magnetic fielden immunitatea: Instrumentu hauetan estray magnetic fielden eragina inbertsa da. Immunitate hau neurriak zehazki eta fidagarriak izatea ahalbidetzen du, estray magnetic fieldak eragilearen funtzionamendua aldatzeko edo emaitzak deuseztatzeko ez dituztelako. Magnetic interferentzia normala dagoen ingurumenetan, adibidez, elektriko maquinarien edo lineen ondoan, abantaila hau espetsialki garrantzitsu da.

• Korronte-neurriaren eremu zabala: Termoelektriko elementuetan erabilitako instrumentu hauetan, korronte-neurriaren eremua zabala da. Korronte baxuko edo korronte altu aplikazioetan, termoelektriko instrumentuak zehazki eta zehazki balio horiek hartu eta erakutsi ditzakete, hau elektriko sistemetan eta esperientzia-lanetan anbitzaileak bihurtuz.

• Sentsibilitate handia: Termoelektriko instrumentuak sentsibilitate handia dituzte, elektriko neurri txikiak ere detektatzen dituzte. Sentsibilitate hau neurri zehatzak egiteko garrantzitsu da, voltaje edo korronte aldaketak neurri txikiak izan daitezkeen aplikazioetan, adibidez, ikerketa laborategietan edo beste elektriko gailu batzuen kalibratzean.

• Potentiometroen kalibratzea: Potentiometroen kalibratzeko oso erabilgarriak dira. Estandar-cell baten zehaztasuna erabiliz, termoelektriko instrumentuak potentiometroen funtzionamendu eta zehaztasuna ziurtatzeko laguntzen dizkigu, hau elektriko kide askotan tentsio-regulazio eta neurri garrantzitsuen elementuak dira.

• Frekuentzia independentea: Termoelektriko elementuak frekuentzia errore gabeak dira, instrumentu hauetan erabil daitezke frekuentzia askotan. Karakteristika hau instrumentu hauetan erabil daitezke frekuentzia altu elektroniko kideetan, frekuentzia baxuko indarra sistemetik frekuentzia altu elektroniko kideetara.

Termoelektriko instrumentuen arrazoia

Abantaila ugari dituzten arren, termoelektriko instrumentuak arrazoia bat dauzka:

• Kargatze-kapasitate murriztua: Beste elektriko neurri-elementuekin alderatuta, termoelektriko instrumentuak kargatze-kapasitate txikiagoa dute. Hau esan nahi du, elektriko korronte edo tentsioak bertako muga gainditzen badira, instrumentu hauetan oso zerrenda daitekeen edo neurri okerroak. Hona hemen, aplikazioetan kargatze egoera gertatzen bada, instrumentu hauetan erabiliz, kontsumitu eta neurri zehatzak egiteko babestu behar dira, instrumentuaren hondamen edo neurri zehatzak kompromisatzeko saihesteko.