Τι είναι το θερμοστοιχείο;

Ένα θερμοστοιχείο είναι μια συσκευή που χρησιμοποιείται για τη μετατροπή της θερμότητας σε ηλεκτρική ενέργεια. Μετρά τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ δύο σημείων. Τα θερμοζεύγη είναι από τους πιο διαδεδομένους αισθητήρες θερμοκρασίας λόγω της ευρείας διαθεσιμότητας και του πολύ χαμηλού κόστους. Δυστυχώς, ωστόσο, δεν είναι οι πιο ακριβείς συσκευές ανάγνωσης θερμοκρασίας.

Το εφέ Seebeck παίζει βασικό ρόλο στη λειτουργία ενός θερμοστοιχείου. Αναφέρει ότι μια διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ δύο μεταλλικών ημιαγωγών θα δημιουργήσει ηλεκτρική ενέργεια. Όταν αυτοί οι ημιαγωγοί σχηματίζουν βρόχο, δημιουργείται ηλεκτρικό ρεύμα. Τα θερμοζεύγη βασίζονται σε αυτό το αποτέλεσμα για τη μέτρηση της θερμοκρασίας. Όταν ένα θερμοστοιχείο τοποθετείται ανάμεσα σε μια κλίση θερμοκρασίας μεταξύ δύο ημιαγωγών, γίνεται μέρος του κυκλώματος που δημιουργείται από το εφέ Seebeck. Αυτό του επιτρέπει να μετρήσει μια τάση και να μετατρέψει αυτήν την τάση σε μια ευανάγνωστη βαθμίδα θερμοκρασίας ανάλογα με τους τύπους μετάλλων που χρησιμοποιούνται.

Όταν ένα θερμοστοιχείο μετρά μια κλίση θερμοκρασίας, μετρά τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ δύο ημιαγωγών. Αυτό σημαίνει ότι ένα θερμοστοιχείο πρέπει να συνδεθεί σε ένα πολύμετρο, το οποίο επιτρέπει στο χρήστη του να διαβάσει την τάση των δύο εμπλεκόμενων ημιαγωγών. Η διαφορά θερμοκρασίας και τάσης σχετίζονται άμεσα. Επομένως, εάν κάποιος μπορεί να διαβάσει την τάση που διατρέχει ένα κύκλωμα, τότε μπορεί να υπολογίσει τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των δύο ημιαγωγών. Αυτή η διαφορά θερμοκρασίας επιτυγχάνεται μετρώντας την τάση. για την τάση αντιστοιχεί άμεσα στη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των δύο συνδέσμων των ημιαγωγών του θερμοστοιχείου.

Υπάρχουν πολλοί τύποι θερμοστοιχείων, όλα ποικίλλουν στο μεταλλικό κράμα που χρησιμοποιείται στον καθετήρα τους. Τα πιο συνηθισμένα θερμοστοιχεία τύπου Κ (χρώμιο-αλουμίνιο), είναι πολύ φθηνά και έχουν μεγάλο εύρος θερμοκρασιών που μπορούν να μετρήσουν. Ωστόσο, η φθηνότητα αυτού του τύπου φαίνεται στο γεγονός ότι δεν είναι πολύ ακριβές και μπορεί να αντιμετωπίσει αλλαγές ευαισθησία σε θερμοκρασίες πάνω από 354 βαθμούς Κελσίου, που είναι το σημείο Curie για το νικέλιο, συστατικό του χρώμιο. Τα θερμοζεύγη τύπου Ε (χρώμιο-σταθεράν) έχουν υψηλότερη ευαισθησία από τον τύπο Κ και είναι μη μαγνητικά. Υπάρχουν πολλοί άλλοι τύποι θερμοστοιχείων και ένας πλήρης κατάλογος βρίσκεται στην ενότητα Πόροι.

Τα θερμοστοιχεία χρησιμοποιούνται στην κατασκευή χάλυβα για τη μέτρηση της θερμοκρασίας του χάλυβα προκειμένου να προσδιοριστεί η περιεκτικότητα σε άνθρακα του χάλυβα με βάση τη θερμοκρασία τήξης του. Χρησιμοποιούνται επίσης σε πιλοτικά φώτα. Αυτή η εφαρμογή απαιτεί ο ανιχνευτής του θερμοστοιχείου να βρίσκεται στην πιλοτική φλόγα για να πει εάν η φλόγα είναι αναμμένη. Όταν η φλόγα είναι αναμμένη, δημιουργείται ρεύμα στο θερμοστοιχείο και διαβάζει τη θερμότητα που παράγεται από τη φλόγα. Όταν η φλόγα είναι σβηστή, οι ηλεκτρονικοί αισθητήρες μπορούν να ξέρουν να κλείνουν το αέριο για να αποτρέψουν πιθανές διαρροές αερίου.

Τα θερμοζεύγη συμμορφώνονται με τρεις νόμους όταν λειτουργούν. Πρώτον, ο νόμος των ομοιογενών υλικών ορίζει ότι οι θερμοκρασίες δεν εφαρμόζονται στις διασταυρώσεις του Το θερμοστοιχείο δεν θα επηρεάσει την παραγόμενη τάση, επειδή δεν δημιουργούν πλέον θερμοκρασία βαθμίδα. Δεύτερον, ο νόμος των ενδιάμεσων υλικών δηλώνει ότι τα νέα υλικά που εγχύονται στο κύκλωμα δεν θα αλλάξτε την τάση όσο οι κόμβοι που δημιουργούνται από το νέο υλικό δεν έχουν θερμοκρασία βαθμίδα. Ο νόμος των διαδοχικών θερμοκρασιών δηλώνει ότι οι τάσεις μεταξύ τριών ή περισσότερων κόμβων μπορούν να προστεθούν μαζί.