Lämpöparien käytön edut ja haitat

Lämpöparit ovat yksinkertaisia ​​lämpötila-antureita, joita käytetään kaikkialla tieteessä ja teollisuudessa. Ne koostuvat kahdesta eri metallien langasta, jotka on yhdistetty yhteen pisteeseen tai risteykseen, joka on yleensä hitsattu kestävyyden ja luotettavuuden vuoksi.

Näiden johtojen avoimen piirin päissä termoelementti tuottaa jännitteen vasteena risteykselle lämpötila, seurauksena ilmiöstä nimeltä Seebeck-ilmiö, jonka saksalainen fyysikko Thomas löysi vuonna 1821 Seebeck.

Kaikki kaksi erilaisten metallien johtoa, jotka ovat kosketuksessa, tuottavat jännitteen kuumennettaessa; tietyt seosyhdistelmät ovat kuitenkin vakiona niiden ulostulotason, stabiilisuuden ja kemiallisten ominaisuuksien vuoksi.

Yleisimmät ovat rauasta tai nikkeliseoksista ja muista alkuaineista valmistetut "epämetallimetalli-" lämpöparit, jotka tunnetaan nimellä tyypit J, K, T, E ja N koostumuksesta riippuen.

Platina-rodium- ja platinalangoista valmistetut "jalometalli-" lämpöparit korkeamman lämpötilan käyttöä varten tunnetaan nimellä tyypit R, S ja B. Tyypistä riippuen lämpöparit voivat mitata lämpötiloja noin -270 - 1700 C tai enemmän (noin -454 Fahrenheit-3100 F tai korkeampi).

Lämpöparien edut ja haitat riippuvat tilanteesta, ja on tärkeää ensin ymmärtää niiden rajoitukset. Lämpöparin lähtö on hyvin pieni, tyypillisesti vain noin 0,001 volttia huoneenlämpötilassa, kasvaa lämpötilan noustessa. Jokaisella tyypillä on oma yhtälö jännitteen muuntamiseksi lämpötilaksi. Suhde ei ole suora viiva, joten nämä yhtälöt ovat jonkin verran monimutkaisia, monilla termeillä. Silti lämpöparit rajoittuvat parhaimmillaan noin 1 C: n tai noin 2 F: n tarkkuuksiin.

Kalibroidun tuloksen saamiseksi termoelementin jännitettä on verrattava vertailuarvoon, joka kerran oli toinen jäävesihauteeseen upotettu termoelementti. Tämä laite luo ”kylmäliitoksen” 0 C: n tai 32 F: n lämpötilassa, mutta se on tietysti hankala ja hankala. Moderni elektroninen jääpisteen vertailupiiri on korvannut jääveden yleisesti ja mahdollistanut lämpöparien käytön kannettavissa sovelluksissa.

Koska lämpöparit vaativat kahden erilaisen metallin kosketuksen, ne altistuvat korroosiolle, mikä voi vaikuttaa niiden kalibrointiin ja tarkkuuteen. Kovissa olosuhteissa risteys on yleensä suojattu teräsvaipassa, mikä estää kosteutta tai kemikaaleja vahingoittamasta johtoja. Lämpöparien hoito ja huolto ovat kuitenkin välttämättömiä hyvän pitkän aikavälin suorituskyvyn takaamiseksi.

Lämpöparit ovat yksinkertaisia, kestäviä, helppoja valmistaa ja suhteellisen halpoja. Ne voidaan valmistaa erittäin hienolla langalla pienien esineiden, kuten hyönteisten, lämpötilan mittaamiseksi. Lämpöparit ovat käyttökelpoisia hyvin laajalla lämpötila-alueella ja ne voidaan sijoittaa vaikeisiin paikkoihin, kuten ruumiinonteloihin tai loukkaaviin ympäristöihin, kuten ydinreaktoreihin.

Kaikkien näiden etujen kannalta lämpöparien haitat on otettava huomioon ennen niiden käyttöä. Millivoltitasoinen lähtö vaatii huolellisesti suunnitellun elektroniikan monimutkaisuutta sekä jääpisteen vertailuun että pienen signaalin vahvistamiseen.

Lisäksi matalajännitevaste on altis ympäröivien sähkölaitteiden melulle ja häiriöille. Lämpöparit saattavat tarvita maadoitettua suojausta hyvien tulosten saavuttamiseksi. Tarkkuus on rajoitettu noin 1 ° C: seen (noin 2 F) ja sitä voidaan edelleen vähentää liittymän tai johtojen korroosiolla.

Lämpöparien edut ovat johtaneet niiden sisällyttämiseen moniin erilaisiin tilanteisiin, kotitalouksien uunien ohjauksesta lentokoneiden, avaruusalusten ja satelliittien lämpötilan seurantaan. Uunit ja autoklaavit käyttävät lämpöparia, samoin kuin puristimet ja muotit valmistukseen.

Monet termoelementit voidaan kytkeä yhteen sarjana, jolloin saadaan termopallo, joka tuottaa suuremman jännitteen lämpötilan vasteena kuin yksi termoelementti. Lämpöparia käytetään herkkien laitteiden valmistamiseen infrapunasäteilyn havaitsemiseksi. Lämpöparit voivat myös tuottaa tehoa avaruuskoettimille radioisotoopin lämpösähkögeneraattorin radioaktiivisen hajoamisen lämmöstä.