Termočlánky sú jednoduché snímače teploty používané v celej vede a priemysle. Skladajú sa z dvoch drôtov odlišných kovov spojených dohromady v jednom bode alebo spoji, ktorý je zvyčajne zváraný kvôli odolnosti a spoľahlivosti.
Na otvorených koncoch týchto vodičov generuje termočlánok napätie v reakcii na spojenie teplota, výsledok javu zvaného Seebeckov efekt, objavený v roku 1821 nemeckým fyzikom Thomasom Seebeck.
Typy termočlánkov
Akékoľvek dva vodiče z rôznych kovov, ktoré sú v kontakte, budú pri zahrievaní vytvárať napätie; určité kombinácie zliatin sú však štandardné kvôli svojej výstupnej úrovni, stabilite a chemickým vlastnostiam.
Najbežnejšie sú termočlánky „zo základného kovu“ vyrobené zo železa alebo zo zliatin niklu a ďalších prvkov a sú známe ako typy J, K, T, E a N, v závislosti od zloženia.
Termočlánky „ušľachtilého kovu“ vyrobené z platino-ródiových a platinových drôtov na vyššie teploty sú známe ako typy R, S a B. V závislosti od typu môžu termočlánky merať teploty od asi 2 270 stupňov Celzia do 1 700 C alebo vyššie (asi -454 stupňov Fahrenheita do 3 100 F alebo vyššie).
Obmedzenia termočlánkov
Výhody a nevýhody termočlánkov závisia od situácie a je potrebné najskôr porozumieť ich obmedzeniam. Výkon termočlánku je veľmi malý, zvyčajne iba okolo 0,001 voltu pri izbovej teplote, stúpajúci so zvyšovaním teploty. Každý typ má svoju vlastnú rovnicu na premenu napätia na teplotu. Vzťah nie je priamka, takže tieto rovnice sú trochu zložité a obsahujú veľa pojmov. Aj napriek tomu sú termočlánky obmedzené na presnosť asi 1 C, v najlepšom prípade asi 2 F.
Na získanie kalibrovaného výsledku sa musí napätie termočlánku porovnať s referenčnou hodnotou, ktorou bol kedysi ďalší termočlánok ponorený do kúpeľa s ľadovou vodou. Toto zariadenie vytvára „studený spoj“ pri 0 ° C alebo 32 ° F, ale je zjavne nepríjemné a nepohodlné. Moderné elektronické referenčné obvody s bodom ľadu univerzálne nahradili ľadovú vodu a umožnili použitie termočlánkov v prenosných aplikáciách.
Pretože termočlánky vyžadujú kontakt dvoch odlišných kovov, podliehajú korózii, ktorá môže mať vplyv na ich kalibráciu a presnosť. V nepriaznivom prostredí je križovatka obvykle chránená oceľovým plášťom, ktorý zabraňuje poškodeniu drôtov vlhkosťou alebo chemikáliami. Napriek tomu je pre dobrý dlhodobý výkon nevyhnutná starostlivosť a údržba termočlánkov.
Výhody a nevýhody termočlánkov
Termočlánky sú jednoduché, robustné, ľahko sa vyrábajú a sú pomerne lacné. Môžu byť vyrobené z mimoriadne jemného drôtu na meranie teploty drobných predmetov, ako je hmyz. Termočlánky sú užitočné vo veľmi širokom teplotnom rozmedzí a je možné ich vložiť do zložitých miest, ako sú napríklad telesné dutiny, alebo do nevhodného prostredia, ako sú jadrové reaktory.
Pri všetkých týchto výhodách je potrebné pred ich použitím zvážiť nevýhody termočlánkov. Výstup úrovne milivoltov vyžaduje ďalšiu zložitosť starostlivo navrhnutej elektroniky, a to ako pre referenciu ľadového bodu, tak aj pre zosilnenie malého signálu.
Okrem toho je odozva nízkeho napätia citlivá na šum a rušenie z okolitých elektrických zariadení. Na dosiahnutie dobrých výsledkov môže byť pre termočlánky potrebné uzemnené tienenie. Presnosť je obmedzená na asi 1 ° C a môže sa ďalej znižovať koróziou spoja alebo vodičov.
Aplikácie termočlánkov
Výhody termočlánkov viedli k ich zabudovaniu do najrôznejších situácií, od ovládania rúr pre domácnosť až po sledovanie teploty lietadiel, kozmických lodí a satelitov. Pece a autoklávy používajú termočlánky, rovnako ako lisy a formy na výrobu.
Mnoho termočlánkov je možné zapojiť do série za vzniku termočlánku, ktorý v reakcii na teplotu produkuje väčšie napätie ako jeden termočlánok. Termopály sa používajú na výrobu citlivých zariadení na detekciu infračerveného žiarenia. Termočlánky môžu tiež vyrábať energiu pre vesmírne sondy z tepla rádioaktívneho rozpadu v rádioizotopovom termoelektrickom generátore.