Indhold
- Typer af termoelementer
- Begrænsninger af termoelementer
- Fordele og ulemper ved termoelementer
- Anvendelser af termoelementer
Termoelementer er enkle temperatursensorer, der bruges i hele videnskab og industri. De består af to ledninger af forskellige metaller, der er sammenføjet ved et enkelt punkt eller kryds, som normalt svejses for robusthed og pålidelighed.
Ved de åbne kredsløb ender af disse ledninger genererer en termoelement en spænding som respons på forbindelsestemperaturen, resultatet af et fænomen kaldet Seebeck-effekten, opdaget i 1821 af den tyske fysiker Thomas Seebeck.
Typer af termoelementer
Alle to ledninger af forskellige metaller, der er i kontakt, producerer en spænding, når de opvarmes; visse kombinationer af legeringer er dog standard på grund af deres outputniveau, stabilitet og kemiske egenskaber.
De mest almindelige er "basismetal" termoelementer, fremstillet med jern eller legeringer af nikkel og andre elementer, og er kendt som typer J, K, T, E og N, afhængigt af sammensætningen.
"Noble metal" termoelementer, lavet af platin-rhodium og platinetråde til højere temperaturbrug, er kendt som typer R, S og B. Afhængigt af typen kan termoelementer måle temperaturer fra ca. -270 grader celsius til 1.700 C eller højere ( ca. -454 grader Fahrenheit til 3.100 F eller højere).
Begrænsninger af termoelementer
Fordele og ulemper ved termoelementer afhænger af situationen, og det er vigtigt først at forstå deres begrænsninger. Udgangspunktet for en termoelement er meget lille, typisk kun omkring 0,001 volt ved stuetemperatur, stigende når temperaturen stiger. Hver type har sin egen ligning til at konvertere spænding til temperatur. Forholdet er ikke en lige linje, så disse ligninger er noget komplekse med mange udtryk. Alligevel er termoelementer begrænset til nøjagtigheder på ca. 1 C, eller ca. 2F, i bedste fald.
For at få et kalibreret resultat, skal termoelementets spænding sammenlignes med en referenceværdi, der engang var et andet termoelement nedsænket i et isvandbad. Dette apparat skaber et "koldt kryds" ved 0 ° C, eller 32 ° F, men det er åbenbart akavet og ubelejligt. Moderne elektroniske ispunkt-referencekredsløb har universelt erstattet isvand og muliggjort brugen af termoelementer i bærbare applikationer.
Da termoelementer kræver kontakt mellem to forskellige metaller, udsættes de for korrosion, hvilket kan påvirke deres kalibrering og nøjagtighed. I barske miljøer er krydset normalt beskyttet i en stålkappe, der forhindrer fugt eller kemikalier i at beskadige ledningerne. Ikke desto mindre er pleje og vedligeholdelse af termoelementer nødvendigt for god langsigtet ydelse.
Fordele og ulemper ved termoelementer
Termoelementer er enkle, robuste, lette at fremstille og relativt billige. De kan fremstilles med ekstremt fin tråd til at måle temperaturen på små genstande som insekter. Termoelementer er nyttige over et meget bredt temperaturområde og kan indsættes i vanskelige steder, såsom kropshulrum eller voldelige miljøer som nukleare reaktorer.
For alle disse fordele skal ulemperne ved termoelementer overvejes, før de påføres. Millivoltniveauudgangen kræver den ekstra kompleksitet af omhyggeligt designet elektronik, både til ispunktets reference og forstærkning af det lille signal.
Derudover er lavspændingsresponsen modtagelig for støj og interferens fra omgivende elektriske apparater. Termoelementer kan have brug for jordforbundet afskærmning for at få gode resultater. Nøjagtighed er begrænset til ca. 1 C (ca. 2F) og kan reduceres yderligere ved korrosion af krydset eller ledningerne.
Anvendelser af termoelementer
Fordelene ved termoelementer har ført til deres inkorporering i en lang række situationer, fra at kontrollere husholdningsovne til overvågning af temperaturen på fly, rumfartøj og satellitter. Ovner og autoklaver bruger termoelementer, ligesom presser og forme også anvendes til fremstilling.
Mange termoelementer kan forbindes sammen i serie for at skabe en termopil, der producerer større spænding som respons på temperaturen end et enkelt termoelement. Termopile bruges til at fremstille følsomme enheder til detektering af infrarød stråling. Termopiller kan også generere strøm til rumføler fra varmen fra radioaktivt henfald i en radioisotop termoelektrisk generator.