Mikä on termoelementti?

Termoelementti on laite, jota käytetään lämmön muuntamiseen sähkötehoksi. Se mittaa kahden pisteen lämpötilaeroa. Lämpöparit ovat yleisimmin käytettyjä lämpötila-antureita niiden laajan saatavuuden ja erittäin edullisten kustannusten vuoksi. Valitettavasti ne eivät kuitenkaan ole tarkimpia lämpötilanlukijoita.

Seebeck-efekti on avainasemassa lämpöparin toiminnassa. Siinä todetaan, että kahden metallipuolijohdon lämpötilaero tuottaa sähköä. Kun nämä puolijohteet muodostavat silmukan, syntyy sähkövirta. Lämpöparit luottavat tähän vaikutukseen lämpötilan mittaamiseen. Kun termopari sijoitetaan kahden puolijohteen välisen lämpötilagradientin väliin, siitä tulee osa Seebeck-vaikutuksen luomaa virtapiiriä. Tämän avulla se voi mitata jännitteen ja muuntaa jännitteen luettavaksi lämpötilagradientiksi käytetyn metallityypin mukaan.

Kun termoelementti mittaa lämpötilagradientin, se mittaa lämpötilaeroa kahden puolijohteen välillä. Tämä tarkoittaa, että termoelementti on kytkettävä yleismittariin, jonka avulla käyttäjä voi lukea kahden mukana olevan puolijohteen jännitteen. Lämpötilaero ja jännite eroavat toisistaan ​​suoraan. Siksi, jos piirin läpi kulkevaa jännitettä voidaan lukea, voidaan sitten laskea lämpötilaero kahden puolijohteen välillä. Tämä lämpötilaero saadaan mittaamalla jännite; jännite vastaa suoraan lämpöparin puolijohteiden kahden liitoksen välistä lämpötilaeroa.

Termoelementtejä on monenlaisia, jotka kaikki vaihtelevat koettimessaan käytetyssä metalliseoksessa. Yleisimmät tyypin K lämpöparit (kromi-alumeli) ovat erittäin halpoja ja niillä on laaja lämpötila-alue, jonka ne voivat mitata. Tämäntyyppinen halpuus näkyy kuitenkin siinä, että se ei ole kovin tarkka ja voi kokea muutoksia - herkkyys yli 354 celsiusasteen lämpötilassa, joka on Curie - piste nikkelille, joka on kromi. Tyypin E lämpöparilla (kromi-konstantiini) on suurempi herkkyys kuin tyypillä K ja ne eivät ole magneettisia. Termopareja on monia muita, ja täydellinen luettelo löytyy Resurssit-osiosta.

Termoelementtejä käytetään teräksen valmistuksessa teräksen lämpötilan mittaamiseen teräksen hiilipitoisuuden määrittämiseksi sen sulamislämpötilan perusteella. Niitä käytetään myös merkkivaloissa. Tämä sovellus edellyttää, että termoelementin anturi on ohjausliekissä sen selvittämiseksi, onko liekki päällä. Kun liekki on päällä, lämpöparissa syntyy virta ja se lukee liekin tuottaman lämmön. Kun liekki on pois päältä, elektroniset anturit voivat tietää sulkevan kaasun mahdollisten kaasuvuotojen estämiseksi.

Lämpöparit noudattavat toimintaansa kolmea lakia. Ensinnäkin homogeenisten materiaalien laissa todetaan, että lämpötiloja ei sovelleta YK: n risteyksissä termoelementti ei vaikuta tuotettuun jännitteeseen, koska ne eivät aiheuta enää lämpötilaa kaltevuus. Toiseksi välimateriaalien laissa todetaan, että piiriin ruiskutetut uudet materiaalit eivät muuta jännitettä niin kauan kuin uuden materiaalin muodostamilla liitoksilla ei ole lämpötilaa kaltevuus. Peräkkäisten lämpötilojen lain mukaan kolmen tai useamman risteyksen väliset jännitteet voidaan lisätä yhteen.