Co to jest termopara?

Termopara to urządzenie służące do konwersji ciepła na energię elektryczną. Mierzy różnicę temperatur między dwoma punktami. Termopary należą do najczęściej stosowanych czujników temperatury ze względu na ich szeroką dostępność i bardzo niski koszt. Niestety nie są to jednak najdokładniejsze czytniki temperatury.

Efekt Seebecka odgrywa kluczową rolę w funkcjonowaniu termopary. Stwierdza, że ​​różnica temperatur między dwoma metalowymi półprzewodnikami wytworzy energię elektryczną. Kiedy te półprzewodniki tworzą pętlę, wytwarzany jest prąd elektryczny. Termopary wykorzystują ten efekt do pomiaru temperatury. Kiedy termopara jest umieszczona pomiędzy gradientem temperatury między dwoma półprzewodnikami, staje się częścią obwodu utworzonego przez efekt Seebecka. Pozwala to na pomiar napięcia i przekształcenie go w czytelny gradient temperatury w zależności od rodzaju używanego metalu.

Kiedy termopara mierzy gradient temperatury, mierzy różnicę temperatur między dwoma półprzewodnikami. Oznacza to, że termopara musi być podłączona do multimetru, co pozwala użytkownikowi odczytać napięcie dwóch zaangażowanych półprzewodników. Różnica temperatury i napięcia są ze sobą bezpośrednio powiązane. Dlatego, jeśli można odczytać napięcie płynące przez obwód, można obliczyć różnicę temperatur między dwoma półprzewodnikami. Tę różnicę temperatur uzyskuje się poprzez pomiar napięcia; ponieważ napięcie bezpośrednio odpowiada różnicy temperatur między dwoma złączami półprzewodników termopary.

Istnieje wiele rodzajów termopar, z których wszystkie różnią się stopem metalu użytym w ich sondzie. Najczęściej spotykane termopary typu K (chromel-alumel) są bardzo tanie i mają szeroki zakres temperatur, które mogą mierzyć. O taniości tego typu świadczy jednak fakt, że nie jest on zbyt dokładny i może ulegać zmianom czułość w temperaturach powyżej 354 stopni Celsjusza, co jest punktem Curie dla niklu, składnika chromel. Termopary typu E (chromel-constantin) mają wyższą czułość niż typu K i są niemagnetyczne. Istnieje wiele innych rodzajów termopar, a pełną listę można znaleźć w sekcji Zasoby.

Termopary są używane w produkcji stali do pomiaru temperatury stali w celu określenia zawartości węgla w stali na podstawie jej temperatury topnienia. Stosowane są również w lampach kontrolnych. Ta aplikacja wymaga, aby sonda termopary znajdowała się w płomieniu pilotującym, aby stwierdzić, czy płomień jest włączony. Gdy płomień jest włączony, w termoparze generowany jest prąd, który odczytuje ciepło wytwarzane przez płomień. Gdy płomień jest wyłączony, czujniki elektroniczne mogą wiedzieć, że należy odciąć dopływ gazu, aby zapobiec ewentualnym wyciekom gazu.

Podczas pracy termopary podlegają trzem prawom. Po pierwsze, prawo materiałów jednorodnych mówi, że temperatury nie są stosowane na połączeniach termopara nie wpłynie na wytwarzane napięcie, ponieważ nie wytwarza już temperatury gradient. Po drugie, prawo materiałów pośrednich mówi, że nowe materiały wstrzykiwane do obwodu nie będą zmieniaj napięcie, o ile złącza utworzone przez nowy materiał nie doświadczają temperatury gradient. Prawo kolejnych temperatur mówi, że napięcia między trzema lub więcej złączami mogą być sumowane.