Innhold
- Typer termoelementer
- Begrensninger av termoelementer
- Fordeler og ulemper ved termoelementer
- Bruksområder av termoelementer
Termoelementer er enkle temperatursensorer som brukes i vitenskap og industri. De består av to ledninger av forskjellige metaller som er koblet sammen på et enkelt punkt eller veikryss, som vanligvis er sveiset for robusthet og pålitelighet.
Ved de åpne ledningsendene av disse ledningene genererer et termoelement en spenning som respons på kryssstemperaturen, resultatet av et fenomen kalt Seebeck-effekten, oppdaget i 1821 av den tyske fysikeren Thomas Seebeck.
Typer termoelementer
Alle to ledninger av forskjellige metaller i kontakt vil produsere en spenning når den blir oppvarmet; visse kombinasjoner av legeringer er imidlertid standard på grunn av deres utgangsnivå, stabilitet og kjemiske egenskaper.
De vanligste er “basismetall” termoelementer, laget med jern eller legeringer av nikkel og andre elementer, og er kjent som typer J, K, T, E og N, avhengig av sammensetning.
Termoelementer av edelmetall, laget av platina-rodium- og platinatråder for høyere temperaturbruk, er kjent som typer R, S og B. Avhengig av hvilken type, kan termoelementer måle temperaturer fra -270 grader celsius til 1 700 C eller høyere ( omtrent -454 grader Fahrenheit til 3100 F eller høyere).
Begrensninger av termoelementer
Fordelene og ulempene med termoelementer avhenger av situasjonen, og det er viktig å først forstå begrensningene deres. Utgangen til et termoelement er veldig lite, vanligvis bare rundt 0,001 volt ved romtemperatur, og øker når temperaturen stiger. Hver type har sin egen ligning for å konvertere spenning til temperatur. Forholdet er ikke en rett linje, så disse ligningene er noe sammensatte, med mange begreper. Likevel er termoelementer begrenset til nøyaktigheter på omtrent 1 C, eller omtrent 2F, i beste fall.
For å få et kalibrert resultat må spenningen til termoelement sammenlignes med en referanseverdi, som en gang var et annet termoelement nedsenket i et isvannbad. Dette apparatet skaper et "kaldt kryss" ved 0 ° C, eller 32 ° C, men det er tydeligvis vanskelig og upraktisk. Moderne elektroniske ispunktsreferansekretser har universelt erstattet isvann og muliggjort bruk av termoelementer i bærbare applikasjoner.
Fordi termoelementer krever kontakt av to forskjellige metaller, er de utsatt for korrosjon, noe som kan påvirke deres kalibrering og nøyaktighet. I tøffe omgivelser er krysset vanligvis beskyttet i en stålkappe, som forhindrer fuktighet eller kjemikalier i å skade ledningene. Ikke desto mindre er pleie og vedlikehold av termoelementer nødvendig for god langsiktig ytelse.
Fordeler og ulemper ved termoelementer
Termoelementer er enkle, robuste, enkle å produsere og relativt rimelige. De kan lages med ekstremt fin tråd for å måle temperaturen på bittesmå gjenstander som insekter. Termoelementer er nyttige over et veldig bredt temperaturområde og kan settes inn på vanskelige steder som kroppshulrom eller voldelige miljøer som kjernefysiske reaktorer.
For alle disse fordelene, må ulempene ved termoelementer vurderes før du bruker dem. Millivoltnivåutgangen krever den ekstra kompleksiteten til nøye designet elektronikk, både for ispunktreferansen og forsterkningen av det lille signalet.
I tillegg er lavspenningsresponsen utsatt for støy og forstyrrelser fra omkringliggende elektriske apparater. Termoelementer kan trenge jordet skjerming for å få gode resultater. Nøyaktigheten er begrenset til ca. 1 ° C og kan reduseres ytterligere ved korrosjon av krysset eller ledningene.
Bruksområder av termoelementer
Fordelene med termoelementer har ført til at de er integrert i en lang rekke situasjoner, fra å kontrollere husholdningsovner til å overvåke temperaturen på fly, romfartøy og satellitter. Ovner og autoklaver bruker termoelementer, også presser og muggsopp for produksjon.
Mange termoelementer kan kobles sammen i serie for å lage en termopil, som produserer større spenning som respons på temperaturen enn et enkelt termoelement. Termopiller brukes til å lage sensitive enheter for å oppdage infrarød stråling. Termopiller kan også generere kraft til romprober fra varmen fra radioaktivt forfall i en radioisotop termoelektrisk generator.