Termoelementu izmantošanas priekšrocības un trūkumi

Termopāri ir vienkārši temperatūras sensori, kurus izmanto visā zinātnē un rūpniecībā. Tie sastāv no diviem atšķirīgu metālu vadiem, kas savienoti vienā punktā vai krustojumā, kas parasti tiek metināti, lai nodrošinātu izturību un uzticamību.

Šo vadu atvērtās ķēdes galos termopārs, reaģējot uz krustojumu, rada spriegumu temperatūra - parādības, ko sauc par Zēbeka efektu, rezultāts, ko 1821. gadā atklāja vācu fiziķis Tomass Seebeck.

Jebkuri divi dažādu metālu vadi, kas saskaras, sildot radīs spriegumu; tomēr noteiktas sakausējumu kombinācijas ir standarta to izlaides līmeņa, stabilitātes un ķīmisko īpašību dēļ.

Visizplatītākie ir “parastā metāla” termopāri, kas izgatavoti no dzelzs vai niķeļa un citu elementu sakausējumiem, un atkarībā no sastāva ir pazīstami kā J, K, T, E un N veidi.

“Cēlmetāla” termopāri, kas izgatavoti no platīna-rodija un platīna stieplēm augstākas temperatūras lietošanai, ir pazīstami kā R, S un B tipi. Atkarībā no veida, termopāri var mērīt temperatūru no aptuveni -270 grādiem pēc Celsija līdz 1700 C vai augstāk (apmēram -454 grādiem pēc Fārenheita līdz 3100 F vai augstāk).

Termoelementu priekšrocības un trūkumi ir atkarīgi no situācijas, un vispirms ir svarīgi saprast viņu ierobežojumus. Termopāra jauda ir ļoti maza, istabas temperatūrā parasti tikai ap 0,001 voltu, palielinoties temperatūrai. Katram tipam ir savs vienādojums, lai pārveidotu spriegumu temperatūrā. Attiecības nav taisna līnija, tāpēc šie vienādojumi ir nedaudz sarežģīti, ar daudziem terminiem. Pat tā, termopāri ir ierobežoti ar precizitāti aptuveni 1 C vai labākajā gadījumā apmēram 2 F.

Lai iegūtu kalibrētu rezultātu, termopāra spriegums jāsalīdzina ar atsauces vērtību, kas kādreiz bija vēl viena termopāra, kas iegremdēta ledus ūdens vannā. Šis aparāts rada “aukstuma mezglu” 0 C vai 32 F temperatūrā, taču tas acīmredzami ir neērts un neērts. Mūsdienu elektroniskās ledus punkta atskaites ķēdes ir vispārīgi aizstājušas ledus ūdeni un ļāvušas izmantot termopārus pārnēsājamās lietojumprogrammās.

Tā kā termopāriem nepieciešams divu atšķirīgu metālu kontakts, tie ir pakļauti korozijai, kas var ietekmēt to kalibrēšanu un precizitāti. Skarbos apstākļos krustojums parasti tiek aizsargāts tērauda apvalkā, kas neļauj mitrumam vai ķīmiskām vielām sabojāt vadus. Neskatoties uz to, termopāriem ir nepieciešama kopšana un uzturēšana, lai nodrošinātu labu sniegumu ilgtermiņā.

Termopāri ir vienkārši, izturīgi, viegli izgatavojami un salīdzinoši lēti. Tos var izgatavot ar ārkārtīgi smalku stiepli, lai izmērītu sīku priekšmetu, piemēram, kukaiņu, temperatūru. Termopāri ir noderīgi ļoti plašā temperatūras diapazonā, un tos var ievietot sarežģītās vietās, piemēram, ķermeņa dobumos vai ļaunprātīgā vidē, piemēram, kodolreaktoros.

Attiecībā uz visām šīm priekšrocībām pirms to piemērošanas ir jāņem vērā termopāru trūkumi. Milivolt līmeņa izejai nepieciešama rūpīgi izstrādāta elektronika, kas ir sarežģītāka gan ledus punkta atskaitei, gan sīkā signāla pastiprināšanai.

Turklāt zemsprieguma reakcija ir jutīga pret apkārtējo elektrisko ierīču radīto troksni un traucējumiem. Lai sasniegtu labus rezultātus, termopāriem var būt nepieciešams pamatots ekranējums. Precizitāte ir ierobežota līdz aptuveni 1 C (apmēram 2 F), un to var vēl vairāk samazināt krustojuma vai vadu korozija.

Termoelementu priekšrocības ir novedušas pie to iekļaušanas visdažādākajās situācijās, sākot no mājsaimniecības krāsniņu vadības līdz lidmašīnu, kosmosa kuģu un satelītu temperatūras kontrolei. Krāsnīs un autoklāvos tiek izmantoti termopāri, tāpat kā preses un veidnes ražošanai.

Daudzus termopārus var savienot kopā virknē, lai izveidotu termopolu, kas, reaģējot uz temperatūru, rada lielāku spriegumu nekā viens termopārs. Ar termopāļiem izgatavo jutīgas ierīces infrasarkanā starojuma noteikšanai. Termopāļi var arī radīt enerģiju kosmosa zondēm no radioaktīvās sabrukšanas siltuma radioizotopu termoelektriskajā ģeneratorā.