Kas yra termoelementas?

Termoelementas yra įtaisas, naudojamas šilumai paversti elektros energija. Jis matuoja temperatūros skirtumą tarp dviejų taškų. Termoelementai yra vieni iš dažniausiai naudojamų temperatūros jutiklių dėl jų didelio prieinamumo ir labai mažos kainos. Deja, tačiau jie nėra tiksliausi temperatūros skaitytuvai.

Seebecko efektas vaidina pagrindinį vaidmenį termoporos funkcijoje. Jame teigiama, kad dviejų metalinių puslaidininkių temperatūros skirtumas sukurs elektrą. Šiems puslaidininkiams suformavus kilpą, susidaro elektros srovė. Termoelementai remiasi šiuo poveikiu matuodami temperatūrą. Tarp dviejų puslaidininkių tarp temperatūros gradiento dedant termoporą, ji tampa Seebeko efekto sukurtos grandinės dalimi. Tai leidžia išmatuoti įtampą ir paversti tą įtampą skaitomu temperatūros gradientu, atsižvelgiant į naudojamo metalo tipus.

Kai termoelementas matuoja temperatūros gradientą, jis matuoja temperatūros skirtumą tarp dviejų puslaidininkių. Tai reiškia, kad termoporą reikia prijungti prie multimetro, kuris leidžia jo vartotojui nuskaityti dviejų dalyvaujančių puslaidininkių įtampą. Temperatūros ir įtampos skirtumas yra tiesiogiai susijęs. Todėl, jei galima nuskaityti įtampą, einančią per grandinę, galima apskaičiuoti temperatūros skirtumą tarp dviejų puslaidininkių. Šis temperatūrų skirtumas gaunamas matuojant įtampą; nes įtampa tiesiogiai atitinka temperatūros skirtumą tarp dviejų termoporos puslaidininkių jungčių.

Yra daugybė termoelementų tipų, kurie skiriasi metaliniu lydiniu, naudojamu jų zonde. Labiausiai paplitusios K tipo termoporos (chromelis-aliuminis) yra labai pigios ir turi platų temperatūrų diapazoną, kurį gali išmatuoti. Tačiau šio tipo pigumas pasireiškia tuo, kad jis nėra labai tikslus ir gali patirti pokyčių - jautrumas esant aukštesnei kaip 354 laipsnių Celsijaus temperatūrai, kuris yra Kurio taškas nikeliui, sudedamajam chromelis. E tipo termoporos (chromelio-konstantino) jautrumas didesnis nei K tipo ir yra nemagnetinės. Yra daugybė kitų termoelementų rūšių, o išsamų sąrašą galite rasti skyriuje Ištekliai.

Termoelementai naudojami plieno gamybai matuoti plieno temperatūrą, siekiant nustatyti anglies kiekį pliene pagal jo lydymosi temperatūrą. Jie taip pat naudojami žibintuose. Norint pasakyti, ar liepsna yra įjungta, reikia, kad termoporos zondas būtų bandymo liepsnoje. Kai liepsna įjungta, termoporoje susidaro srovė, kuri nuskaito liepsnos pagamintą šilumą. Išjungus liepsną, elektroniniai jutikliai gali žinoti, kad reikia uždaryti dujas, kad būtų išvengta galimo dujų nutekėjimo.

Termoelementai, veikdami, laikosi trijų įstatymų. Pirma, vienarūšių medžiagų dėsnyje teigiama, kad temperatūra nėra taikoma sandūrose termoelementai neturės įtakos pagamintai įtampai, nes jie daugiau nesukuria temperatūros gradientas. Antra, tarpinių medžiagų įstatymas teigia, kad į grandinę įpurškiamos naujos medžiagos nebus keisti įtampą tol, kol naujos medžiagos suformuotos sankryžos neturi temperatūros gradientas. Vėlesnių temperatūrų dėsnis teigia, kad įtampas tarp trijų ar daugiau sankryžų galima sumuoti.