Термопари - це прості датчики температури, що використовуються в науці та промисловості. Вони складаються з двох проводів різнорідних металів, з’єднаних між собою в одній точці або місці з’єднання, які зазвичай зварені для надійності та надійності.
На розімкнутих кінцях цих проводів термопара створює напругу у відповідь на перехід температура, результат явища під назвою ефект Зеебека, відкритого в 1821 році німецьким фізиком Томасом Зеебек.
Типи термопар
Будь-які два дроти з різних металів, що стикаються, будуть виробляти напругу при нагріванні; однак певні комбінації сплавів є стандартними через їх вихідний рівень, стабільність та хімічні характеристики.
Найпоширенішими є термоелементи “основного металу”, виготовлені із заліза або сплавів нікелю та інших елементів, і відомі як типи J, K, T, E та N, залежно від складу.
Термопари “благородних металів”, виготовлені з платиново-родієвих і платинових дротів для використання при більш високих температурах, відомі як типи R, S і B. Залежно від типу, термопари можуть вимірювати температуру приблизно від -270 градусів Цельсія до 1700 С або вище (приблизно від -454 градусів за Фаренгейтом до 3100 F і вище).
Обмеження термопар
Переваги та недоліки термопар залежать від ситуації, і важливо спочатку зрозуміти їх обмеження. Вихід термопари дуже малий, як правило, лише близько 0,001 вольт при кімнатній температурі, збільшуючись із підвищенням температури. Кожен тип має своє рівняння для перетворення напруги в температуру. Зв'язок не є прямою лінією, тому ці рівняння є дещо складними, з багатьма термінами. Незважаючи на це, термопари обмежуються точністю близько 1 C або, в кращому випадку, близько 2 F.
Щоб отримати калібрований результат, напругу термопари потрібно порівняти з еталонним значенням, яке колись було іншою термопарою, зануреною у крижану водяну баню. Цей апарат створює "холодний перехід" при 0 C або 32 F, але це, очевидно, незручно і незручно. Сучасні електронні контрольні схеми крижаних точок універсально замінили крижану воду і дозволили використовувати термопари в портативних програмах.
Оскільки термопари вимагають контакту двох різнорідних металів, вони піддаються корозії, що може вплинути на їх калібрування та точність. У важких умовах стик зазвичай захищений сталевою оболонкою, яка запобігає пошкодженню проводів вологою або хімічними речовинами. Тим не менше, догляд та обслуговування термопар необхідні для довготривалої роботи.
Переваги та недоліки термопар
Термопари прості, міцні, прості у виготовленні та відносно недорогі. Вони можуть бути виготовлені з надзвичайно тонкого дроту для вимірювання температури крихітних предметів, таких як комахи. Термоелементи корисні в дуже широкому діапазоні температур і можуть бути вставлені в складних місцях, таких як порожнини тіла або жорстокі середовища, такі як ядерні реактори.
Незважаючи на всі ці переваги, перед застосуванням необхідно врахувати недоліки термопар. Вихід рівня мілівольт вимагає додаткової складності ретельно спроектованої електроніки, як для еталону точки льоду, так і для посилення крихітного сигналу.
Крім того, низьковольтний відгук сприйнятливий до шуму та перешкод від оточуючих електричних пристроїв. Для хороших результатів термопарам може знадобитися заземлений екран. Точність обмежується приблизно 1 C (приблизно 2 F) і може бути додатково знижена внаслідок корозії місця з'єднання або проводів.
Застосування термопар
Переваги термопар призвели до їх включення в широкий спектр ситуацій, від контролю побутових печей до контролю температури літаків, космічних кораблів та супутників. Печі та автоклави використовують термопари, як і преси та форми для виготовлення.
Багато термопар можна з'єднати послідовно, щоб створити термоелемент, який виробляє більшу напругу у відповідь на температуру, ніж одинарна термопара. Термопілони використовуються для виготовлення чутливих приладів для виявлення інфрачервоного випромінювання. Термопілоти також можуть генерувати енергію для космічних зондів від тепла радіоактивного розпаду в радіоізотопному термоелектричному генераторі.
