Termočlánky jsou jednoduché snímače teploty používané ve vědě a průmyslu. Skládají se ze dvou drátů odlišných kovů spojených dohromady v jednom bodě nebo spoji, který je obvykle svařen kvůli robustnosti a spolehlivosti.
Na otevřených koncích těchto vodičů generuje termočlánek napětí v reakci na spojení teplota, výsledek jevu zvaného Seebeckův jev, objeveného v roce 1821 německým fyzikem Thomasem Seebeck.
Typy termočlánků
Jakékoli dva vodiče z různých kovů, které jsou v kontaktu, vytvoří při zahřátí napětí; určité kombinace slitin jsou však standardní z důvodu jejich výstupní úrovně, stability a chemických vlastností.
Nejběžnější jsou termočlánky „z obecného kovu“ vyrobené ze železa nebo slitin niklu a dalších prvků a jsou známé jako typy J, K, T, E a N, v závislosti na složení.
Termočlánky „ušlechtilý kov“, vyrobené z platino-rhodiových a platinových drátů pro použití při vyšších teplotách, jsou známé jako typy R, S a B. V závislosti na typu mohou termočlánky měřit teploty od asi -270 stupňů Celsia do 1700 C nebo vyšší (asi -454 stupňů Fahrenheita do 3100 F nebo vyšší).
Omezení termočlánků
Výhody a nevýhody termočlánků závisí na situaci a je důležité nejprve porozumět jejich omezením. Výkon termočlánku je velmi malý, obvykle pouze kolem 0,001 voltu při pokojové teplotě a zvyšuje se s rostoucí teplotou. Každý typ má svou vlastní rovnici pro převod napětí na teplotu. Vztah není přímka, takže tyto rovnice jsou poněkud složité s mnoha pojmy. Přesto jsou termočlánky omezeny na přesnost v nejlepším případě asi 1 ° C nebo asi 2 ° F.
Pro získání kalibrovaného výsledku musí být napětí termočlánku porovnáno s referenční hodnotou, kterou kdysi byl jiný termočlánek ponořený do lázně s ledovou vodou. Toto zařízení vytváří „studený spoj“ při 0 ° C nebo 32 ° F, ale je zjevně trapné a nepohodlné. Moderní elektronické referenční okruhy bodu ledu univerzálně nahradily ledovou vodu a umožnily použití termočlánků v přenosných aplikacích.
Protože termočlánky vyžadují kontakt dvou odlišných kovů, podléhají korozi, která může ovlivnit jejich kalibraci a přesnost. V drsném prostředí je křižovatka obvykle chráněna ocelovým pláštěm, který zabraňuje poškození vodičů vlhkostí nebo chemikáliemi. Pro dobrý dlouhodobý výkon je nicméně nezbytná péče a údržba termočlánků.
Výhody a nevýhody termočlánků
Termočlánky jsou jednoduché, robustní, snadno se vyrábějí a jsou relativně levné. Mohou být vyrobeny z extrémně jemného drátu pro měření teploty drobných předmětů, jako je hmyz. Termočlánky jsou užitečné ve velmi širokém teplotním rozsahu a lze je vložit do obtížných míst, jako jsou tělní dutiny nebo nevhodná prostředí, jako jsou jaderné reaktory.
U všech těchto výhod je třeba před jejich použitím zvážit nevýhody termočlánků. Výstup úrovně milivoltů vyžaduje další složitost pečlivě navržené elektroniky, a to jak pro referenční bod ledu, tak pro zesílení malého signálu.
Kromě toho je nízkonapěťová odezva citlivá na šum a rušení z okolních elektrických zařízení. K dosažení dobrých výsledků může termočlánek vyžadovat uzemněné stínění. Přesnost je omezena na asi 1 ° C (asi 2 ° F) a může být dále snížena korozí spojky nebo vodičů.
Aplikace termočlánků
Výhody termočlánků vedly k jejich zabudování do široké škály situací, od ovládání pecí pro domácnost až po sledování teploty letadel, kosmických lodí a satelitů. Pece a autoklávy používají termočlánky, stejně jako lisy a formy pro výrobu.
Mnoho termočlánků lze spojit do série za účelem vytvoření termočlánku, který produkuje větší napětí v reakci na teplotu než jeden termočlánek. Termopily se používají k výrobě citlivých zařízení pro detekci infračerveného záření. Termopily mohou také generovat energii pro kosmické sondy z tepla radioaktivního rozpadu v radioizotopovém termoelektrickém generátoru.