Termočleni so preprosti temperaturni senzorji, ki se uporabljajo v znanosti in industriji. Sestavljeni so iz dveh žic različnih kovin, združenih na isti točki ali križišču, ki sta običajno varjena za robustnost in zanesljivost.
Na koncih odprtih tokokrogov teh žic termočlen ustvari napetost kot odziv na spoj temperatura, rezultat pojava, imenovanega Seebeckov učinek, ki ga je leta 1821 odkril nemški fizik Thomas Seebeck.
Vrste termočlenov
Kateri koli dve žici različnih kovin v stiku proizvajata napetost pri segrevanju; nekatere kombinacije zlitin pa so standardne zaradi njihove izhodne ravni, stabilnosti in kemijskih lastnosti.
Najpogostejši so termočleni "navadne kovine", izdelani iz železa ali zlitin niklja in drugih elementov in so znani kot tipi J, K, T, E in N, odvisno od sestave.
Termoelementi "plemenite kovine", izdelani iz žic iz platine-rodija in platine za uporabo pri višjih temperaturah, so znani kot tipi R, S in B. Glede na vrsto lahko termočleni merijo temperature od približno -270 stopinj Celzija do 1.700 C ali več (približno -454 stopinj Celzija do 3.100 F ali več).
Omejitve termočlenov
Prednosti in slabosti termočlenov so odvisne od situacije in pomembno je najprej razumeti njihove omejitve. Izhodna moč termočlena je zelo majhna, običajno le okoli 0,001 volta pri sobni temperaturi in narašča, ko temperatura narašča. Vsak tip ima svojo enačbo za pretvorbo napetosti v temperaturo. Razmerje ni ravno premico, zato so te enačbe nekoliko zapletene z veliko izrazi. Kljub temu so termočleni v najboljšem primeru omejeni na natančnost približno 1 C ali približno 2 F.
Za kalibriran rezultat je treba napetost termočlena primerjati z referenčno vrednostjo, ki je bila nekoč drugi termočlen, potopljen v kopel z ledeno vodo. Ta naprava ustvari "hladni spoj" pri 0 C ali 32 F, vendar je očitno nerodna in neprijetna. Sodobna elektronska referenčna vezja za ledene točke so univerzalno zamenjala ledeno vodo in omogočila uporabo termočlenov v prenosnih aplikacijah.
Ker termočleni zahtevajo stik dveh različnih kovin, so izpostavljeni koroziji, kar lahko vpliva na njihovo umerjanje in natančnost. V težkih okoljih je spoj običajno zaščiten v jeklenem ovoju, ki preprečuje, da bi vlaga ali kemikalije poškodovale žice. Kljub temu sta za dobro dolgoročno delovanje potrebna nega in vzdrževanje termočlenov.
Prednosti in slabosti termočlenov
Termočleni so preprosti, robustni, enostavni za izdelavo in razmeroma poceni. Izdelane so lahko z izjemno fino žico za merjenje temperature drobnih predmetov, kot so žuželke. Termočleni so uporabni v zelo širokem temperaturnem območju in jih je mogoče vstaviti v težka mesta, kot so telesne votline ali v škodljivih okoljih, kot so jedrski reaktorji.
Za vse te prednosti je treba pred njihovo uporabo upoštevati pomanjkljivosti termočlenov. Izhod na ravni milivolta zahteva dodatno zapletenost skrbno zasnovane elektronike, tako za referenco ledene točke kot za ojačanje drobnega signala.
Poleg tega je nizkonapetostni odziv občutljiv na hrup in motnje okoliških električnih naprav. Za dobre rezultate lahko termočleni potrebujejo ozemljeno zaščito. Natančnost je omejena na približno 1 C (približno 2 F) in jo lahko dodatno zmanjša korozija spoja ali žic.
Uporaba termočlenov
Prednosti termočlenov so privedle do njihove uporabe v številnih situacijah, od nadzora gospodinjskih pečic do nadzora temperature letal, vesoljskih plovil in satelitov. Peči in avtoklavi uporabljajo termočlene, kot tudi stiskalnice in kalupi za proizvodnjo.
Veliko termočlenov je mogoče povezati zaporedno, da se ustvari termopilot, ki proizvaja večjo napetost kot odziv na temperaturo kot en sam termočlen. Termopili se uporabljajo za izdelavo občutljivih naprav za zaznavanje infrardečega sevanja. Termopili lahko tudi ustvarijo energijo za vesoljske sonde iz toplote radioaktivnega razpada v radioizotopskem termoelektričnem generatorju.