Термодвойките са прости температурни сензори, използвани в науката и индустрията. Те се състоят от две жици от различни метали, съединени заедно в една точка или кръстовище, което обикновено се заварява за здравина и надеждност.
В отворените краища на веригата на тези проводници термодвойка генерира напрежение в отговор на кръстовището температура, резултат от явление, наречено ефект на Зеебек, открито през 1821 г. от немския физик Томас Seebeck.
Видове термодвойки
Всеки два проводника от различни метали в контакт ще произвеждат напрежение при нагряване; някои комбинации от сплави обаче са стандартни поради нивото на изход, стабилност и химични характеристики.
Най-често срещаните са термодвойките „неблагородни метали“, направени с желязо или никелови сплави и други елементи и са известни като типове J, K, T, E и N, в зависимост от състава.
Термодвойките „благороден метал“, изработени от платина-родий и платинени проводници за използване при по-високи температури, са известни като типове R, S и B. В зависимост от типа, термодвойките могат да измерват температури от около -270 градуса по Целзий до 1700 C или по-високи (около -454 градуса по Фаренхайт до 3100 F или по-високи).
Ограничения на термодвойките
Предимствата и недостатъците на термодвойките зависят от ситуацията и е важно първо да се разберат техните ограничения. Изходът на термодвойка е много малък, обикновено само около 0,001 волта при стайна температура, увеличавайки се с повишаване на температурата. Всеки тип има свое собствено уравнение за преобразуване на напрежението в температура. Връзката не е права линия, така че тези уравнения са донякъде сложни, с много термини. Въпреки това, термодвойките са ограничени до точност от около 1 C или около 2 F, в най-добрия случай.
За да се получи калибриран резултат, напрежението на термодвойката трябва да бъде сравнено с референтна стойност, която някога е била друга термодвойка, потопена в баня с ледена вода. Този апарат създава „студена връзка“ при 0 C или 32 F, но очевидно е неудобно и неудобно. Съвременните електронни еталонни схеми за ледена точка универсално замениха ледената вода и позволиха използването на термодвойки в преносими приложения.
Тъй като термодвойките изискват контакт на два различни метала, те са обект на корозия, което може да повлияе на тяхното калибриране и точност. В сурови условия кръстовището обикновено е защитено в стоманена обвивка, която предотвратява влагата или химикалите да повредят проводниците. Независимо от това, грижите и поддръжката на термодвойките са необходими за добро дългосрочно представяне.
Предимства и недостатъци на термодвойките
Термодвойките са прости, здрави, лесни за производство и относително евтини. Те могат да бъдат направени с изключително фина тел за измерване на температурата на малки предмети като насекоми. Термодвойките са полезни в много широк температурен диапазон и могат да бъдат поставяни на трудни места като телесни кухини или обидни среди като ядрени реактори.
При всички тези предимства трябва да се имат предвид недостатъците на термодвойките, преди да се приложат. Изходът на нивото на миливолта изисква допълнителната сложност на внимателно проектирана електроника, както за справка с ледената точка, така и за усилване на малкия сигнал.
В допълнение, реакцията на ниско напрежение е податлива на шум и смущения от околните електрически устройства. Термодвойките може да се нуждаят от заземена екранировка за добри резултати. Точността е ограничена до около 1 C (около 2 F) и може допълнително да бъде намалена от корозия на кръстовището или проводниците.
Приложения на термодвойки
Предимствата на термодвойките доведоха до включването им в широк спектър от ситуации, от управление на битови фурни до наблюдение на температурата на самолетите, космическите кораби и спътниците. Пещите и автоклавите използват термодвойки, както и пресите и формите за производство.
Много термодвойки могат да бъдат свързани последователно заедно, за да се създаде термопила, която произвежда по-голямо напрежение в отговор на температурата от една термодвойка. Термопилотите се използват за изработване на чувствителни устройства за откриване на инфрачервено лъчение. Термопилотите също могат да генерират енергия за космически сонди от топлината на радиоактивно разпадане в радиоизотопен термоелектрически генератор.