Termoparovi su jednostavni temperaturni senzori koji se koriste u znanosti i industriji. Sastoje se od dvije žice različitih metala spojene u jednoj točki ili spoju, koje su obično zavarene radi hrapavosti i pouzdanosti.
Na krajevima otvorenih krugova ovih žica, termoelement generira napon kao odgovor na spoj temperatura, rezultat fenomena nazvanog Seebeckov efekt, koji je 1821. otkrio njemački fizičar Thomas Seebeck.
Vrste termoparova
Bilo koje dvije žice različitih metala u dodiru stvaraju napon pri zagrijavanju; međutim, određene kombinacije legura standardne su zbog njihove izlazne razine, stabilnosti i kemijskih karakteristika.
Najčešći su termoelementi "osnovni metal" izrađeni od željeza ili legura nikla i drugih elemenata, a poznati su kao tipovi J, K, T, E i N, ovisno o sastavu.
Termoparovi "plemenitih metala", izrađeni od žica od platine-rodija i platine za upotrebu na višim temperaturama, poznati su kao tipovi R, S i B. Ovisno o vrsti, termoparovi mogu mjeriti temperature od oko -270 Celzijevih stupnjeva do 1.700 C ili više (oko -454 stupnjeva Fahrenheita do 3.100 F ili više).
Ograničenja termoparova
Prednosti i nedostaci termoparova ovise o situaciji i važno je prvo razumjeti njihova ograničenja. Izlaz termoelementa je vrlo malen, obično samo oko 0,001 volta na sobnoj temperaturi, a povećava se kako temperatura raste. Svaka vrsta ima svoju jednadžbu za pretvaranje napona u temperaturu. Odnos nije ravna crta, pa su ove jednadžbe donekle složene, s mnogo pojmova. Bez obzira na to, termoparovi su ograničeni na točnost od približno 1 C, ili u najboljem slučaju oko 2 F.
Da bi se dobio kalibrirani rezultat, napon termoelementa mora se usporediti s referentnom vrijednošću, koja je nekada bila drugi termoelement uronjen u ledenu vodenu kupku. Ovaj uređaj stvara "hladni spoj" pri 0 C ili 32 F, ali očito je neugodan i nezgodan. Suvremeni elektronički referentni krugovi za ledene točke univerzalno su zamijenili ledenu vodu i omogućili upotrebu termoparova u prijenosnim aplikacijama.
Budući da termoparovi zahtijevaju kontakt dva različita metala, podložni su koroziji, što može utjecati na njihovu kalibraciju i točnost. U teškim uvjetima, spoj je obično zaštićen čeličnim plaštom, koji sprečava vlagu ili kemikalije da oštete žice. Ipak, briga i održavanje termoparova neophodni su za dobre dugoročne performanse.
Prednosti i nedostaci termoparova
Termoparovi su jednostavni, robusni, jednostavni za proizvodnju i relativno jeftini. Mogu se izrađivati izuzetno finom žicom za mjerenje temperature sitnih predmeta poput insekata. Termoparovi su korisni u vrlo širokom temperaturnom rasponu i mogu se umetnuti na teška mjesta poput tjelesnih šupljina ili nasilnih okolina poput nuklearnih reaktora.
Za sve ove prednosti, prije primjene moraju se uzeti u obzir nedostaci termoparova. Izlaz na razini milivolta zahtijeva dodatnu složenost pažljivo dizajnirane elektronike, kako za referentnu točku leda, tako i za pojačanje sićušnog signala.
Uz to, odziv niskog napona osjetljiv je na buku i smetnje okolnih električnih uređaja. Termoparovi će možda trebati uzemljenu zaštitu za dobre rezultate. Točnost je ograničena na oko 1 C (oko 2 F) i može se dodatno smanjiti korozijom spoja ili žica.
Primjene termoparova
Prednosti termoparova dovele su do njihove ugradnje u širok spektar situacija, od upravljanja kućnim pećnicama do praćenja temperature aviona, svemirskih letjelica i satelita. Peći i autoklavi koriste termoelemente, kao i preše i kalupi za proizvodnju.
Mnogi termoparovi mogu se povezati zajedno u seriju kako bi se stvorila termopila koja proizvodi veći napon kao odgovor na temperaturu od jedne termoelemente. Termopilovi se koriste za izradu osjetljivih uređaja za otkrivanje infracrvenog zračenja. Termopilovi također mogu generirati energiju za svemirske sonde iz topline radioaktivnog raspada u radioizotopskom termoelektričnom generatoru.