Hvad er termoelement?

Et termoelement er en enhed, der bruges til at omdanne varme til elektrisk strøm. Det måler temperaturforskellen mellem to punkter. Termoelementer er blandt de mest anvendte temperatursensorer på grund af deres brede tilgængelighed og meget lave omkostninger. Desværre er de imidlertid ikke de mest nøjagtige temperaturlæsere.

Seebeck-effekten spiller en nøglerolle i termoelementets funktion. Det hedder, at en temperaturforskel mellem to metalhalvledere vil skabe elektricitet. Når disse halvledere danner en sløjfe, dannes der en elektrisk strøm. Termoelementer er afhængige af denne effekt for at måle temperaturen. Når et termoelement placeres mellem en temperaturgradient mellem to halvledere, bliver det en del af kredsløbet skabt af Seebeck-effekten. Dette gør det muligt at måle en spænding og konvertere denne spænding til en læsbar temperaturgradient afhængigt af de anvendte metaltyper.

Når et termoelement måler en temperaturgradient, måler det temperaturforskellen mellem to halvledere. Dette betyder, at et termoelement skal forbindes til et multimeter, som giver brugeren mulighed for at læse spændingen for de to involverede halvledere. Forskellen i temperatur og spænding er direkte relateret. Derfor, hvis man kan læse spændingen, der løber gennem et kredsløb, kan man derefter beregne temperaturforskellen mellem de to halvledere. Denne temperaturforskel opnås ved at måle spændingen; for spændingen svarer direkte til temperaturforskellen mellem de to kryds i termoelementets halvledere.

Der er mange typer termoelementer, der alle varierer i metallegeringen, der anvendes i deres sonde. De mest almindelige type K termoelementer (chromel-aluminium) er meget billige og har en lang række temperaturer, de kan måle. Imidlertid viser billigheden af ​​denne type, at det ikke er meget nøjagtigt og kan opleve ændringer i følsomhed ved temperaturer over 354 grader Celsius, hvilket er Curie-punktet for nikkel, en bestanddel af kromel. Type E-termoelementer (chromelkonstantin) har en højere følsomhed end type K og er ikke-magnetiske. Der er mange andre typer termoelementer, og en komplet liste kan findes i afsnittet Ressourcer.

Termoelementer anvendes til fremstilling af stål til at måle stålets temperatur for at bestemme kulstofindholdet i stålet baseret på dets smeltetemperatur. De bruges også i pilotlys. Denne applikation kræver, at termoelementets sonde er i pilotflammen for at fortælle, om flammen er tændt. Når flammen er tændt, genereres en strøm i termoelementet, og den aflæser varmen, der produceres af flammen. Når flammen er slukket, kan elektroniske sensorer vide, at de slukker for gassen for at forhindre mulige gaslækager.

Termoelementer overholder tre love, når de er i drift. For det første siger loven om homogene materialer, at temperaturer, der ikke anvendes ved krydset mellem termoelement påvirker ikke den producerede spænding, fordi de ikke skaber mere temperatur gradient. For det andet siger loven om mellemliggende materialer, at nye materialer, der injiceres i kredsløbet, ikke vil skift spændingen, så længe krydsene dannet af det nye materiale ikke oplever temperatur gradient. Loven om successive temperaturer siger, at spændingerne mellem tre eller flere kryds kan tilføjes sammen.