Σε τι χρησιμοποιούνται τα θερμοζεύγη;

Τα θερμοζεύγη είναι αισθητήρες θερμοκρασίας που κατασκευάζονται από δύο μεταλλικά κράματα. Όταν τα δύο μέταλλα ενώνονται για να σχηματίσουν μια διασταύρωση, δημιουργείται τάση όταν υπάρχουν διαφορές θερμοκρασίας μεταξύ τους. Αυτό είναι γνωστό ως εφέ Seebeck.

Ο Γερμανός γιατρός που έγινε φυσικός Thomas Johann Seebeck ανακάλυψε το φαινόμενο Seebeck. Πήρε δύο διαφορετικά μέταλλα, με το ένα σε υψηλότερη θερμοκρασία από το άλλο, και έκανε ένα κύκλωμα σειράς ενώνοντας τα μαζί σε μια διασταύρωση. Βρήκε ότι ήταν σε θέση να παράγει τάση. Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ τους, τόσο μεγαλύτερη είναι η τάση που δημιουργήθηκε και διαπίστωσε ότι τα αποτελέσματα ήταν ανεξάρτητα από το σχήμα του μετάλλου.

Τα θερμοζεύγη είναι πολύτιμα στην επιστήμη και τη μηχανική, λόγω χαρακτηριστικών όπως ο γρήγορος χρόνος αντίδρασης και το μικρό τους μέγεθος. Έχουν τη δυνατότητα να μετρήσουν με ακρίβεια τις ακραίες θερμοκρασίες, με εύρος από 270 έως 2.500 βαθμούς Κελσίου και σφάλματα εντός 0,5 έως 2 βαθμούς Κελσίου.

Το μειονέκτημα των θερμοστοιχείων είναι ότι τα παραγόμενα σήματα μπορεί να είναι μη γραμμικά και συνεπώς πρέπει να βαθμονομούνται προσεκτικά.

Δύο μεταλλικά κράματα ενώνονται για να σχηματίσουν έναν κόμβο. Ένα μέρος της διασταύρωσης τοποθετείται σε μια πηγή της οποίας η θερμοκρασία πρόκειται να μετρηθεί, ενώ το άλλο άκρο διατηρείται σε σταθερή αναφορά μέσω μιας πηγής θερμοκρασίας. Η πηγή θερμοκρασίας είναι συνήθως ένας αισθητήρας θερμοκρασίας στερεάς κατάστασης, αν και οι παλαιότεροι χρησιμοποιούν λουτρό πάγου.

Ένας παράγοντας στην ευαισθησία θερμοκρασίας είναι το είδος των συνδυασμών μετάλλων που χρησιμοποιούνται. Ένας συνδυασμός νικελίου-νικελίου έχει εύρος θερμοκρασίας από -50 έως 1.410 βαθμούς Κέλσιους, ενώ ένα ρήνιο-ρήνιο μπορεί να μετρήσει από 0 έως 2.315 βαθμούς Κέλσιους. Το Chromel-alumel, το χαλκό-constantan και το iron-constantan είναι τα πιο συνηθισμένα.

Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι. Κατατάσσονται σύμφωνα με τη μέγιστη θερμοκρασία που μπορούν να μετρήσουν, πού μπορούν να λειτουργήσουν, και την τραχύτητά τους. Τα πιο συνηθισμένα είναι τα J, K, T και E. Για παράδειγμα, θερμοστοιχεία τύπου J μπορούν να χρησιμοποιηθούν χωρίς κάλυμμα που ονομάζεται θήκη, αν και συνιστάται να παραταθεί η ζωή τους. Τα θερμοστοιχεία τύπου J μπορούν να λειτουργήσουν σε περιβάλλοντα όπου δεν υπάρχει αρκετό ελεύθερο οξυγόνο και μπορεί να μετρήσει έως και 760 βαθμούς Κελσίου.

Τα θερμοζεύγη είναι ο πιο δημοφιλής τύπος αισθητήρων θερμοκρασίας. Χρησιμοποιούνται ως θερμόμετρα νοσοκομείου και σε δοκιμές διαγνωστικών για κινητήρες οχημάτων. Ορισμένες συσκευές αερίου όπως λέβητες, θερμοσίφωνες και φούρνοι τις χρησιμοποιούν ως χαρακτηριστικά ασφαλείας. Αν η πιλοτική λυχνία είναι σβηστή, το θερμοστοιχείο σταματά τη λειτουργία της βαλβίδας αερίου. Χρησιμοποιούνται επίσης ως βοήθημα στην παστερίωση γάλακτος και ως θερμόμετρα τροφίμων. Στη βιομηχανία, είναι πολύτιμα ως ανιχνευτές και αισθητήρες.