Kas ir termoelements?

Termopāra ir ierīce, ko izmanto, lai siltumu pārveidotu par elektrisko enerģiju. Tas mēra temperatūras starpību starp diviem punktiem. Termopāri ir vieni no visbiežāk izmantotajiem temperatūras sensoriem, pateicoties to plašajai pieejamībai un ļoti zemajām izmaksām. Diemžēl tie nav visprecīzākie temperatūras nolasītāji.

Zēbeka efektam ir galvenā loma termopāra funkcijā. Tajā teikts, ka temperatūras starpība starp diviem metāla pusvadītājiem radīs elektrību. Kad šie pusvadītāji veido cilpu, tiek izveidota elektriskā strāva. Termopāri paļaujas uz šo efektu, lai izmērītu temperatūru. Ja termopāri novieto starp temperatūras gradientu starp diviem pusvadītājiem, tas kļūst par daļu no ķēdes, ko rada Zēbeka efekts. Tas ļauj izmērīt spriegumu un pārveidot šo spriegumu par salasāmu temperatūras gradientu atkarībā no izmantotā metāla veidiem.

Kad termopārs mēra temperatūras gradientu, tas mēra temperatūras starpību starp diviem pusvadītājiem. Tas nozīmē, ka termopāram jābūt savienotam ar multimetru, kas ļauj tā lietotājam nolasīt divu iesaistīto pusvadītāju spriegumu. Temperatūras un sprieguma starpība ir tieši saistīta. Tāpēc, ja var nolasīt spriegumu, kas iet caur ķēdi, var aprēķināt temperatūras starpību starp abiem pusvadītājiem. Šo temperatūras starpību iegūst, mērot spriegumu; jo spriegums tieši atbilst temperatūras starpībai starp diviem termopāra pusvadītāju savienojumiem.

Termoelementu ir daudz veidu, un tie visi atšķiras ar metāla sakausējumu, ko izmanto to zondē. Visizplatītākie K tipa termopāri (hroma-alumīnija) ir ļoti lēti un tiem ir plašs temperatūras diapazons, ko var izmērīt. Tomēr šāda veida lētums liecina par to, ka tas nav ļoti precīzi un var izjust izmaiņas jutība temperatūrā, kas pārsniedz 354 grādus pēc Celsija, kas ir Kirī punkts niķelim, kas ir hromels. E tipa termopāriem (hromelkonstantīns) ir lielāka jutība nekā K tipam un tie nav magnētiski. Ir daudz citu veidu termopāri, un pilnu sarakstu var atrast sadaļā Resursi.

Termopāri tiek izmantoti tērauda ražošanā, lai izmērītu tērauda temperatūru, lai noteiktu tērauda oglekļa saturu, pamatojoties uz tā kušanas temperatūru. Tos izmanto arī signāllampās. Šim pielietojumam ir nepieciešams, lai termopāra zonde atrastos pilota liesmā, lai noteiktu, vai liesma ir ieslēgta. Kad liesma ir ieslēgta, termoelementā rodas strāva, kas nolasa liesmas radīto siltumu. Kad liesma ir izslēgta, elektroniskie sensori var zināt, ka jāizslēdz gāze, lai novērstu iespējamu gāzes noplūdi.

Darbojoties, termopāri ievēro trīs likumus. Pirmkārt, viendabīgu materiālu likums nosaka, ka temperatūra nav piemērojama termopāra neietekmēs saražoto spriegumu, jo tie vairs nerada temperatūru gradients. Otrkārt, starpmateriālu likums nosaka, ka ķēdē ievadītie jaunie materiāli to nedarīs mainīt spriegumu, kamēr jaunā materiāla izveidotajos krustojumos nav temperatūras gradients. Secīgo temperatūru likums nosaka, ka spriegumus starp trim vai vairākiem krustojumiem var saskaitīt kopā.