Kaj je termočlen?

Termočlen je naprava za pretvorbo toplote v električno energijo. Meri temperaturno razliko med dvema točkama. Termočleni so med najpogosteje uporabljenimi temperaturnimi senzorji zaradi široke razpoložljivosti in zelo nizkih stroškov. Žal pa niso najbolj natančni bralniki temperature.

Seebeckov učinek ima ključno vlogo pri delovanju termočlena. Navaja, da bo temperaturna razlika med dvema kovinskima polprevodnikoma ustvarila elektriko. Ko ti polprevodniki tvorijo zanko, nastane električni tok. Termočleni se na ta učinek zanašajo pri merjenju temperature. Ko je termočlen nameščen med temperaturnim gradientom med dvema polprevodnikoma, postane del vezja, ustvarjenega z Seebeckovim učinkom. To mu omogoča merjenje napetosti in pretvorbo te napetosti v berljiv temperaturni gradient, odvisno od uporabljene vrste kovine.

Ko termočlen meri temperaturni gradient, meri temperaturno razliko med dvema polprevodnikoma. To pomeni, da mora biti termočlen priključen na multimeter, kar omogoča uporabniku, da odčita napetost obeh polprevodnikov. Razlika v temperaturi in napetosti sta neposredno povezani. Če torej lahko preberemo napetost, ki teče skozi vezje, lahko izračunamo temperaturno razliko med obema polprevodnikoma. To temperaturno razliko dobimo z merjenjem napetosti; kajti napetost neposredno ustreza temperaturni razliki med obema stikoma polprevodnikov termočlena.

Obstaja veliko vrst termočlenov, vsi se razlikujejo po kovinski zlitini, ki se uporablja v njihovi sondi. Najpogostejši termočleni tipa K (kromel-alumel) so zelo poceni in imajo širok razpon temperatur, ki jih lahko izmerijo. Vendar pa poceni tovrstnost kaže na dejstvu, da ni zelo natančen in lahko v njem pride do sprememb občutljivost pri temperaturah nad 354 stopinj Celzija, kar je Curiejeva točka za nikelj, sestavni del chromel. Termočleni tipa E (kromel-konstantin) imajo večjo občutljivost kot tip K in so nemagnetni. Obstaja veliko drugih vrst termočlenov, popoln seznam pa najdete v razdelku Viri.

Termočleni se uporabljajo pri izdelavi jekla za merjenje temperature jekla, da se določi vsebnost ogljika v jeklu glede na njegovo temperaturo taljenja. Uporabljajo se tudi v pilotnih lučeh. Ta aplikacija zahteva, da je sonda termočlena v pilotnem plamenu, da ugotovi, ali je plamen vklopljen. Ko je plamen vklopljen, v termočlenu nastane tok in odčita toploto, ki jo proizvaja plamen. Ko je plamen izklopljen, lahko elektronski senzorji znajo izklopiti plin, da preprečijo morebitno puščanje plina.

Termočleni med delovanjem spoštujejo tri zakone. Prvič, zakon o homogenih materialih določa, da se temperature ne uporabljajo na stičiščih termočlen ne bo vplival na proizvedeno napetost, ker ne ustvarja več temperature gradient. Drugič, zakon vmesnih materialov določa, da novi materiali, vbrizgani v vezje, ne bodo spremenite napetost, dokler spoji, ki jih tvori nov material, nimajo temperature gradient. Zakon zaporednih temperatur pravi, da lahko napetosti med tremi ali več križišči seštejemo.