מהו צמד תרמי?

צמד תרמי הוא מכשיר המשמש להמרת חום לחשמל. הוא מודד את הפרש הטמפרטורה בין שתי נקודות. צמדים תרמיים הם בין חיישני הטמפרטורה הנפוצים ביותר בזכות הזמינות הרחבה והעלות הנמוכה ביותר שלהם. אולם למרבה הצער, הם אינם קוראי הטמפרטורה המדויקים ביותר.

אפקט Seebeck ממלא תפקיד מפתח בתפקוד של צמד תרמי. זה קובע כי הפרש טמפרטורה בין שני מוליכים למחצה מתכתיים ייצור חשמל. כאשר מוליכים למחצה אלה יוצרים לולאה, נוצר זרם חשמלי. צמדים תרמיים מסתמכים על אפקט זה כדי למדוד את הטמפרטורה. כאשר מצמידים צמד תרמי בין שיפוע טמפרטורה בין שני מוליכים למחצה, הוא הופך לחלק מהמעגל שנוצר על ידי אפקט Seebeck. זה מאפשר לו למדוד מתח ולהמיר מתח זה לשיפוע טמפרטורה קריא, תלוי בסוגי המתכת המשמשים.

כאשר צמד תרמי מודד שיפוע טמפרטורה, הוא מודד את הפרש הטמפרטורה בין שני מוליכים למחצה. המשמעות היא שצריך לחבר צמד תרמי למולטימטר, המאפשר למשתמש שלו לקרוא את המתח של שני המוליכים למחצה המעורבים. הפרש הטמפרטורה והמתח קשורים ישירות. לכן, אם אפשר לקרוא את המתח שעובר במעגל, אז אפשר לחשב את הפרש הטמפרטורה בין שני המוליכים למחצה. הפרש טמפרטורה זה מתקבל על ידי מדידת המתח; שכן המתח תואם ישירות להפרש הטמפרטורה בין שני הצמתים של מוליכים למחצה של הצמד התרמי.

ישנם סוגים רבים של צמדים תרמיים, כולם משתנים בסגסוגת המתכת המשמשת בבדיקה שלהם. הצמדים התרמיים הנפוצים ביותר מסוג K (כרום-אלום) הם מאוד זולים ויש להם מגוון רחב של טמפרטורות שהם יכולים למדוד. עם זאת, הזול מסוג זה מראה בעובדה שהוא לא מאוד מדויק ויכול לחוות שינויים רגישות בטמפרטורות מעל 354 מעלות צלזיוס, המהווה את נקודת הקירי של ניקל, המרכיב של כרומל. צמדים תרמיים מסוג E (כרומל-קונסטנטין) הם בעלי רגישות גבוהה יותר מסוג K והם אינם מגנטיים. ישנם סוגים רבים אחרים של צמדים תרמיים, ורשימה מלאה תוכל למצוא בסעיף משאבים.

צמדים תרמיים משמשים לייצור פלדה למדידת טמפרטורת הפלדה על מנת לקבוע את תכולת הפחמן של הפלדה על בסיס טמפרטורת ההיתוך שלה. הם משמשים גם באורות טייס. יישום זה מחייב את בדיקת הצמד התרמי להיות בלהבת הטייס כדי לדעת אם הלהבה דולקת. כאשר הלהבה דולקת נוצר זרם בצמד התרמי והוא קורא את החום שמייצרת הלהבה. כאשר הלהבה כבויה, חיישנים אלקטרוניים יכולים לדעת לכבות את הגז כדי למנוע דליפות גז אפשריות.

זוגות תרמיים מצייתים לשלושה חוקים כאשר הם פועלים. ראשית, חוק החומרים ההומוגניים קובע כי הטמפרטורות אינן מוחלות בצמתים צמד תרמי לא ישפיע על המתח המיוצר מכיוון שהם אינם יוצרים יותר טמפרטורה מִדרוֹן. שנית, חוק חומרי הביניים קובע כי חומרים חדשים המוזרקים למעגל לא שנה את המתח כל עוד הצמתים שנוצרו על ידי החומר החדש אינם חווים טמפרטורה מִדרוֹן. חוק הטמפרטורות העוקבות קובע כי ניתן להוסיף את המתחים בין שלושה צומת או יותר.