A hőelemek olyan hőmérséklet-érzékelők, amelyek két fémötvözetből készülnek. Amikor a két fémet összekapcsolják, hogy egy csomópontot képezzenek, feszültség keletkezik, ha hőmérséklet-különbségek vannak közöttük. Ez a Seebeck-effektus néven ismert.
A Seebeck-effektus
Thomas Johann Seebeck fizikussá vált német orvos felfedezte a Seebeck-hatást. Két különböző fémet vett, az egyiket magasabb hőmérsékleten, mint a másikat, és soros áramkört készített úgy, hogy összekötötte őket egy kereszteződésben. Megállapította, hogy képes feszültséget létrehozni. Minél nagyobb a hőmérséklet-különbség közöttük, annál nagyobb a feszültség, amely létrejön, és megállapította, hogy az eredmények függetlenek a fém alakjától.
Jelentőség
A hőelemek értékesek a tudományban és a műszaki tudományban, olyan jellemzők miatt, mint a gyors reakcióidő és a kis méret. Képesek pontosan mérni a szélsőséges hőmérsékleteket, 270 és 2500 Celsius fok közötti tartományban, a hibák pedig 0,5 és 2 Celsius fok között.
A hőelemek hátránya, hogy az előállított jelek nemlineárisak lehetnek, ezért gondosan kalibrálni kell őket.
Építkezés
Két fémötvözetet összekötve csomópontot képeznek. A csomópont egyik részét egy olyan forrásra helyezik, amelynek hőmérsékletét meg kell mérni, míg a másik végét állandó referencián tartják egy hőmérsékleti forráson keresztül. A hőmérsékleti forrás általában szilárdtest-hőmérséklet-érzékelő, bár az idősebbek jeges vízfürdőt használnak.
A hőmérséklet-érzékenység egyik tényezője az alkalmazott fémkombinációk. A nikkel-nikkel kombináció hőmérséklettartománya -50 és 1410 Celsius-fok között van, míg a rénium-rénium 0 és 2315 Celsius-fok között mérhető. A Chromel-alumel, a réz-konstantán és a vas-konstantán a leggyakoribb.
Típusok
Többféle típus létezik. Besorolásuk a maximálisan mérhető hőmérséklet, a működési hely és a szilárdság alapján történik. A leggyakoribbak J, K, T és E. Például a J típusú hőelemek köpeny nélküli burkolat nélkül is használhatók, bár az életük meghosszabbítása érdekében ajánlott. A J típusú hőelemek olyan környezetben működhetnek, ahol nincs elegendő szabad oxigén, és akár 760 Celsius fokot is mérhetnek.
Használ
A hőelemek a legnépszerűbb hőmérséklet-érzékelők. Kórházi hőmérőként és járműmotorok diagnosztikai tesztelésénél használják őket. Egyes gázkészülékek, például kazánok, vízmelegítők és sütők biztonsági funkcióként használják őket; ha a jelzőfény kialszik, a hőelem leállítja a gázszelep működését. A tej pasztőrözésében és élelmiszer-hőmérőként is használják őket. Az iparban értékesek mint szondák és érzékelők.