Innehåll
- Typer av termoelement
- Begränsningar av termoelement
- Fördelar och nackdelar med termoelement
- Användning av termoelement
Termoelement är enkla temperatursensorer som används i hela vetenskap och industri. De består av två trådar av olika metaller förenade i en enda punkt eller korsning, som vanligtvis är svetsad för robusthet och tillförlitlighet.
Vid de öppna kretsarna av dessa ledningar genererar ett termoelement en spänning som svar på korsningstemperaturen, resultatet av ett fenomen som kallas Seebeck-effekten, upptäckt 1821 av den tyska fysikern Thomas Seebeck.
Typer av termoelement
Varje två ledningar av olika metaller i kontakt kommer att producera en spänning vid uppvärmning; vissa kombinationer av legeringar är emellertid standard på grund av deras utgångsnivå, stabilitet och kemiska egenskaper.
De vanligaste är "basmetall" termoelement, gjorda med järn eller legeringar av nickel och andra element, och är kända som typer J, K, T, E och N, beroende på sammansättning.
Termokopplar av ”ädelmetall”, gjorda av platina-rodium- och platinatrådar för högre temperaturanvändning, är kända som typer R, S och B. Beroende på typen kan termoelement mäta temperaturer från cirka -270 grader Celsius till 1 700 C eller högre ( cirka -454 grader Fahrenheit till 3,100 F eller högre).
Begränsningar av termoelement
Fördelarna och nackdelarna med termoelement beror på situationen, och det är viktigt att först förstå deras begränsningar. Utgången från ett termoelement är mycket liten, vanligtvis bara omkring 0,001 volt vid rumstemperatur, vilket ökar när temperaturen stiger. Varje typ har sin egen ekvation för att konvertera spänning till temperatur. Förhållandet är inte en rak linje, så dessa ekvationer är något komplexa, med många termer. Trots detta är termoelement begränsade till noggrannheter på cirka 1 C, eller cirka 2F, i bästa fall.
För att få ett kalibrerat resultat måste termoelementets spänning jämföras med ett referensvärde, som en gång var ett annat termoelement nedsänkt i ett isvattenbad. Denna apparat skapar en "kall-korsning" vid 0 ° C, eller 32 F, men den är uppenbarligen besvärlig och obekväm. Moderna elektroniska ispunktsreferenskretsar har universellt ersatt isvatten och möjliggjort användning av termoelement i bärbara applikationer.
Eftersom termoelement kräver kontakt med två olika metaller utsätts de för korrosion, vilket kan påverka deras kalibrering och noggrannhet. I hårda miljöer skyddas korsningen vanligtvis i en stålmantel, vilket förhindrar att fukt eller kemikalier skadar trådarna. Ändå är skötsel och underhåll av termoelement nödvändigt för goda långsiktiga prestanda.
Fördelar och nackdelar med termoelement
Termoelement är enkla, robusta, enkla att tillverka och relativt billiga. De kan tillverkas med extremt fin tråd för att mäta temperaturen på små föremål som insekter. Termoelement är användbara över ett mycket brett temperaturområde och kan sättas in på svåra platser som kroppshåligheter eller kränkande miljöer som kärnreaktorer.
För alla dessa fördelar måste nackdelarna med termoelement beaktas innan de appliceras. Millivoltnivåutgången kräver ytterligare komplexitet för noggrant designad elektronik, både för ispunktsreferensen och förstärkningen av den lilla signalen.
Dessutom är lågspänningssvaret känsligt för brus och störningar från omgivande elektriska apparater. Termoelement kan behöva jordad skärmning för att få bra resultat. Noggrannheten är begränsad till cirka 1 ° C och kan minskas ytterligare genom korrosion av korsningen eller ledningarna.
Användning av termoelement
Fördelarna med termoelement har lett till att de införlivats i ett brett spektrum av situationer, från att kontrollera hushållsugnar till att övervaka temperaturen på flygplan, rymdskepp och satelliter. Ugnar och autoklaver använder termoelement, liksom pressar och formar för tillverkning.
Många termoelement kan anslutas i serie för att skapa en termopil, som ger större spänning som svar på temperaturen än ett enda termoelement. Termopiller används för att göra känsliga enheter för att upptäcka infraröd strålning. Termopiler kan också generera kraft för rumsonder från värme från radioaktivt sönderfall i en radioisotop termoelektrisk generator.