Ein Thermoelement ist ein Gerät zur Umwandlung von Wärme in elektrische Energie. Es misst die Temperaturdifferenz zwischen zwei Punkten. Thermoelemente gehören aufgrund ihrer breiten Verfügbarkeit und sehr geringen Kosten zu den am häufigsten verwendeten Temperatursensoren. Leider sind sie jedoch nicht die genauesten Temperaturleser.
Der Seebeck-Effekt
Der Seebeck-Effekt spielt eine Schlüsselrolle in der Funktion eines Thermoelements. Es besagt, dass ein Temperaturunterschied zwischen zwei Metallhalbleitern Elektrizität erzeugt. Wenn diese Halbleiter eine Schleife bilden, wird ein elektrischer Strom erzeugt. Thermoelemente nutzen diesen Effekt, um die Temperatur zu messen. Wenn ein Thermoelement zwischen einem Temperaturgradienten zwischen zwei Halbleitern platziert wird, wird es Teil des durch den Seebeck-Effekt erzeugten Stromkreises. Dies ermöglicht es, eine Spannung zu messen und diese Spannung in einen ablesbaren Temperaturgradienten abhängig von den verwendeten Metallarten umzuwandeln.
Die Funktion eines Thermoelements
Wenn ein Thermoelement einen Temperaturgradienten misst, misst es die Temperaturdifferenz zwischen zwei Halbleitern. Dies bedeutet, dass ein Thermoelement an ein Multimeter angeschlossen werden muss, das es seinem Benutzer ermöglicht, die Spannung der beiden beteiligten Halbleiter abzulesen. Die Temperaturdifferenz und die Spannung stehen in direktem Zusammenhang. Wenn man also die durch einen Stromkreis fließende Spannung ablesen kann, kann man dann die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Halbleitern berechnen. Diese Temperaturdifferenz wird durch Messung der Spannung ermittelt; denn die Spannung entspricht direkt der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Kontaktstellen der Halbleiter des Thermoelements.
Arten von Thermoelementen
Es gibt viele Arten von Thermoelementen, die sich alle in der für ihre Sonde verwendeten Metalllegierung unterscheiden. Die gebräuchlichsten Thermoelemente vom Typ K (Chromel-Alumel) sind sehr billig und haben einen großen Temperaturbereich, den sie messen können. Die Billigkeit dieses Typs zeigt sich jedoch in der Tatsache, dass er nicht sehr genau ist und sich ändern kann Empfindlichkeit bei Temperaturen über 354 Grad Celsius, dem Curie-Punkt für Nickel, ein Bestandteil von Chrom. Thermoelemente vom Typ E (Chromel-Konstantin) haben eine höhere Empfindlichkeit als Typ K und sind nicht magnetisch. Es gibt viele andere Arten von Thermoelementen, und eine vollständige Liste finden Sie im Abschnitt Ressourcen.
Anwendungen
Thermoelemente werden bei der Stahlherstellung verwendet, um die Temperatur des Stahls zu messen, um den Kohlenstoffgehalt des Stahls anhand seiner Schmelztemperatur zu bestimmen. Sie werden auch in Kontrollleuchten verwendet. Diese Anwendung erfordert, dass sich die Sonde des Thermoelements in der Pilotflamme befindet, um festzustellen, ob die Flamme brennt. Wenn die Flamme brennt, wird im Thermoelement ein Strom erzeugt und es misst die von der Flamme erzeugte Wärme. Wenn die Flamme ausgeschaltet ist, können elektronische Sensoren das Gas abschalten, um mögliche Gaslecks zu verhindern.
Gesetze der Verwendung von Thermoelementen
Thermoelemente gehorchen im Betrieb drei Gesetzen. Erstens besagt das Gesetz der homogenen Materialien, dass Temperaturen, die nicht an den Kontaktstellen der Thermoelemente haben keinen Einfluss auf die erzeugte Spannung, da sie keine Temperatur mehr erzeugen Gradient. Zweitens besagt das Gesetz der Zwischenmaterialien, dass neue Materialien, die in den Kreislauf injiziert werden, nicht Ändern Sie die Spannung, solange die durch das neue Material gebildeten Verbindungen keine Temperatur erfahren Gradient. Das Gesetz der aufeinanderfolgenden Temperaturen besagt, dass die Spannungen zwischen drei oder mehr Kontaktstellen addiert werden können.
