Termoelementai yra paprasti temperatūros jutikliai, naudojami mokslo ir pramonės srityse. Jie susideda iš dviejų skirtingų metalų laidų, sujungtų viename taške arba sankryžoje, kurie paprastai yra suvirinti, kad būtų tvirtas ir patikimas.
Šių laidų atvirosios grandinės galuose termoelementas sukuria įtampą, reaguodamas į sandūrą temperatūra, reiškinio, vadinamo Seebeko efektu, rezultatas, kurį 1821 m. atrado vokiečių fizikas Thomas Seebeckas.
Termoelementų tipai
Bet kokie du skirtingų metalų laidai, susiliečiantys, sukels įtampą; tačiau tam tikri lydinių deriniai yra standartiniai dėl jų išėjimo lygio, stabilumo ir cheminių savybių.
Labiausiai paplitusios yra „netauriųjų metalų“ termoporos, pagamintos iš geležies arba nikelio ir kitų elementų lydinių bei žinomos kaip J, K, T, E ir N tipai, priklausomai nuo sudėties.
„Tauriųjų metalų“ termoporos, pagamintos iš platinos-rodio ir platinos vielų, skirtų naudoti aukštesnėje temperatūroje, yra žinomos kaip R, S ir B tipai. Priklausomai nuo tipo, termoelementai gali išmatuoti temperatūrą nuo maždaug -270 laipsnių Celsijaus iki 1700 C arba aukštesnės temperatūros (apie -454 laipsnius pagal Celsijų ir 3100 F ar aukštesnę).
Termoporų apribojimai
Termoelementų pranašumai ir trūkumai priklauso nuo situacijos, todėl pirmiausia reikia suprasti jų apribojimus. Termoelemento galia yra labai maža, kambario temperatūroje paprastai tik apie 0,001 voltą, didėjant kylant temperatūrai. Kiekvienas tipas turi savo lygtį, kad įtampa būtų paversta temperatūra. Santykis nėra tiesi linija, todėl šios lygtys yra šiek tiek sudėtingos, turinčios daug terminų. Nepaisant to, termoelementų geriausiu atveju tikslumas yra apie 1 C arba apie 2 F.
Norint gauti kalibruotą rezultatą, termoporos įtampa turi būti lyginama su pamatine verte, kuri kadaise buvo kita termoelementas, panardintas į ledinio vandens vonią. Šis aparatas sukuria „šaltą sandūrą“ esant 0 C arba 32 F temperatūrai, tačiau akivaizdu, kad jis yra nepatogus ir nepatogus. Šiuolaikinės elektroninės ledo taško grandinės visuotinai pakeitė ledinį vandenį ir leido naudoti termoelementus nešiojamose programose.
Kadangi termoporoms reikalingi dviejų skirtingų metalų kontaktai, jie gali būti koroziniai, o tai gali turėti įtakos jų kalibravimui ir tikslumui. Atšiaurioje aplinkoje sankryža paprastai yra apsaugota plieniniu apvalkalu, kuris neleidžia drėgmei ar chemikalams sugadinti laidų. Nepaisant to, norint užtikrinti gerą ilgalaikį veikimą, būtina prižiūrėti ir palaikyti termoporas.
Termoelementų pranašumai ir trūkumai
Termoelementai yra paprasti, tvirti, lengvai gaminami ir palyginti nebrangūs. Jie gali būti pagaminti iš ypač plonos vielos, kad būtų galima išmatuoti mažų daiktų, tokių kaip vabzdžiai, temperatūrą. Termoelementai yra naudingi esant labai plačiam temperatūros diapazonui ir gali būti įterpiami sunkiose vietose, tokiose kaip kūno ertmės, arba piktnaudžiavimo aplinkoje, pavyzdžiui, branduoliniuose reaktoriuose.
Atsižvelgiant į visus šiuos privalumus, prieš juos taikant reikia atsižvelgti į termoporų trūkumus. Milivoltų lygio išėjimui reikia papildomo kruopščiai suprojektuotos elektronikos sudėtingumo tiek ledo taško atskaitos taškui, tiek mažo signalo stiprinimui.
Be to, žemos įtampos atsakas yra jautrus aplinkinių elektros prietaisų keliamam triukšmui ir trukdžiams. Norint pasiekti gerų rezultatų, termoporoms gali reikėti įžeminto ekranavimo. Tikslumas ribojamas iki maždaug 1 C (apie 2 F) ir gali būti dar labiau sumažintas jungties ar laidų korozijos.
Termoelementų pritaikymas
Dėl termoelementų pranašumų jie buvo įtraukti į įvairias situacijas, pradedant namų krosnių valdymu ir baigiant lėktuvų, erdvėlaivių ir palydovų temperatūros stebėjimu. Krosnyse ir autoklavuose naudojamos termoporos, taip pat gamybai naudojami presai ir formos.
Daugelis termoelementų gali būti sujungti nuosekliai, kad būtų sukurta termopilė, kuri, reaguodama į temperatūrą, sukuria didesnę įtampą nei viena termopora. Iš termopilių gaminami jautrūs prietaisai infraraudonajai spinduliuotei nustatyti. Termopiliai taip pat gali sukurti energiją kosminiams zondams iš radioaktyvaus skilimo šilumos radioizotopo termoelektriniame generatoriuje.