Termopaarid on lihtsad temperatuuriandurid, mida kasutatakse kogu teaduses ja tööstuses. Need koosnevad kahest erineva metalliga traadist, mis on ühendatud ühes punktis või ristmikul, mis on tavaliselt vastupidavus ja töökindlus keevitatud.
Nende juhtmete avatud ahela otstes tekitab termopaar ristmikule vastuseks pinge temperatuur, nähtuse nimega Seebecki efekt, mille avastas Saksa füüsik Thomas 1821. aastal Seebeck.
Termopaaride tüübid
Kõik kaks kontaktis olevat erinevat metalli traati tekitavad kuumutamisel pinget; teatud sulamite kombinatsioonid on aga standardid nende väljundtaseme, stabiilsuse ja keemiliste omaduste tõttu.
Levinumad on mitteväärismetallist termopaarid, mis on valmistatud rauast või nikli ja muude elementide sulamitest ning mida tuntakse sõltuvalt koostisest kui J, K, T, E ja N tüübid.
Kõrgemal temperatuuril kasutamiseks mõeldud plaatina-roodium- ja plaatinajuhtmetest valmistatud väärismetallist termopaare tuntakse kui R-, S- ja B-tüüpi. Sõltuvalt tüübist saavad termopaarid mõõta temperatuure vahemikus umbes -270 kraadi kuni 1700 C või rohkem (umbes -454 kraadi Fahrenheiti kuni 3100 F või rohkem).
Termopaaride piirangud
Termopaaride eelised ja puudused sõltuvad olukorrast ning kõigepealt on oluline mõista nende piiranguid. Termopaari väljund on väga väike, toatemperatuuril tavaliselt ainult umbes 0,001 volti, temperatuuri tõustes suureneb. Igal tüübil on oma võrrand pinge teisendamiseks temperatuuriks. Seos pole sirgjoon, seega on need võrrandid mõnevõrra keerukad, paljude terminitega. Isegi nii piirduvad termopaarid parimal juhul täpsusega umbes 1 C või umbes 2 F.
Kalibreeritud tulemuse saamiseks tuleb termopaari pinget võrrelda võrdlusväärtusega, mis kunagi oli veel üks jääveevanni sukeldatud termopaar. See aparaat loob külma ristmiku 0 ° C või 32 F juures, kuid on ilmselgelt ebamugav ja ebamugav. Kaasaegsed elektroonilised jääpunkti võrdlusahelad on jäävee üldiselt asendanud ja võimaldanud termopaaride kasutamist kaasaskantavates rakendustes.
Kuna termopaarid vajavad kahe erineva metalli kokkupuudet, on nad korrosiooni all, mis võib mõjutada nende kalibreerimist ja täpsust. Karmides keskkondades on ristmik tavaliselt kaitstud terasest ümbrisega, mis takistab niiskuse või kemikaalide juhtmete kahjustamist. Sellegipoolest on termopaaride hooldus ja hooldus pikaajalise hea jõudluse tagamiseks vajalik.
Termopaaride eelised ja puudused
Termopaarid on lihtsad, vastupidavad, kergesti valmistatavad ja suhteliselt odavad. Neid saab valmistada ülipeene traadiga, et mõõta väikeste esemete, näiteks putukate temperatuuri. Termopaarid on kasulikud väga laias temperatuurivahemikus ja neid saab sisestada rasketesse kohtadesse, näiteks kehaõõnde või kuritahtlikesse keskkondadesse nagu tuumareaktorid.
Kõigi nende eeliste puhul tuleb enne nende kasutamist arvestada termopaaride puudustega. Millivoldise taseme väljund nõuab hoolikalt kavandatud elektroonika täiendavat keerukust nii jääpunktide võrdluse kui ka väikese signaali võimendamise jaoks.
Lisaks on madalpinge reageerimine ümbritsevate elektriseadmete müra ja häiretele vastuvõtlik. Termopaarid võivad heade tulemuste saamiseks vajada maandatud varjestust. Täpsus on piiratud umbes 1 C (umbes 2 F) ja seda võib veelgi vähendada ristmiku või juhtmete korrosioon.
Termopaaride rakendused
Termopaaride eelised on viinud nende ühendamiseni paljudes olukordades, alates majapidamisahjude juhtimisest kuni lennukite, kosmosesõidukite ja satelliitide temperatuuri jälgimiseni. Ahjudes ja autoklaavides kasutatakse termopaare, samuti valmistamiseks presse ja vorme.
Paljusid termopaare saab järjestikku ühendada, et luua termopile, mis tekitab temperatuurile reageerides suurema pinge kui üks termopaar. Termopileid kasutatakse tundlike seadmete valmistamiseks infrapunakiirguse tuvastamiseks. Termopallid võivad kosmosesondidele toota ka radioisotoobi termoelektrigeneraatoris oleva radioaktiivse lagunemise kuumusest.