Zawartość
Termopary są prostymi czujnikami temperatury stosowanymi w nauce i przemyśle. Składają się z dwóch drutów z różnych metali połączonych ze sobą w jednym punkcie lub na złączu, które jest zwykle spawane w celu zapewnienia wytrzymałości i niezawodności.
Na otwartych końcach tych przewodów termopara generuje napięcie w odpowiedzi na temperaturę złącza, będącą wynikiem zjawiska zwanego efektem Seebecka, odkrytego w 1821 r. Przez niemieckiego fizyka Thomasa Seebecka.
Rodzaje termopar
Dowolne dwa druty z różnych metali stykające się wytwarzają napięcie po podgrzaniu; jednak niektóre kombinacje stopów są standardowe ze względu na ich poziom wyjściowy, stabilność i właściwości chemiczne.
Najczęstsze są termopary „metali nieszlachetnych”, wykonane z żelaza lub stopów niklu i innych pierwiastków, i są znane jako typy J, K, T, E i N, w zależności od składu.
Termopary „z metali szlachetnych”, wykonane z drutów platynowo-rodowych i platynowych do użytku w wyższych temperaturach, znane są jako typy R, S i B. W zależności od typu termopary mogą mierzyć temperatury od około -270 stopni Celsjusza do 1700 C lub wyższych ( około -454 stopni Fahrenheita do 3100 F lub więcej).
Ograniczenia termopar
Zalety i wady termopar zależą od sytuacji i ważne jest, aby najpierw zrozumieć ich ograniczenia. Wydajność termopary jest bardzo mała, zwykle tylko około 0,001 wolta w temperaturze pokojowej, wzrastając wraz ze wzrostem temperatury. Każdy typ ma własne równanie do konwersji napięcia na temperaturę. Zależność nie jest linią prostą, więc równania te są nieco złożone, z wieloma terminami. Mimo to termopary są ograniczone do dokładności około 1 ° C lub co najwyżej około 2 F.
Aby uzyskać skalibrowany wynik, napięcie termopary należy porównać z wartością odniesienia, która niegdyś była kolejną termoparą zanurzoną w łaźni lodowo-wodnej. To urządzenie tworzy „zimne połączenie” w temperaturze 0 ° C lub 32 ° F, ale jest oczywiście niewygodne i niewygodne. Nowoczesne elektroniczne obwody odniesienia punktu lodowego powszechnie zastępują wodę lodową i umożliwiły zastosowanie termopar w przenośnych aplikacjach.
Ponieważ termopary wymagają kontaktu dwóch różnych metali, podlegają one korozji, co może mieć wpływ na ich kalibrację i dokładność. W trudnych warunkach złącze jest zwykle chronione stalową osłoną, która zapobiega uszkodzeniu przewodów przez wilgoć lub substancje chemiczne. Niemniej jednak pielęgnacja i konserwacja termoelementów są niezbędne dla dobrej wydajności długoterminowej.
Zalety i wady termopar
Termopary są proste, wytrzymałe, łatwe w produkcji i stosunkowo niedrogie. Mogą być wykonane z bardzo cienkiego drutu do pomiaru temperatury małych obiektów, takich jak owady. Termopary są użyteczne w bardzo szerokim zakresie temperatur i można je umieszczać w trudnych miejscach, takich jak wnęki ciała lub w agresywnych środowiskach, takich jak reaktory jądrowe.
Dla wszystkich tych zalet należy rozważyć wady termopar przed ich zastosowaniem. Wyjście na poziomie miliwoltowym wymaga dodatkowej złożoności starannie zaprojektowanej elektroniki, zarówno w odniesieniu do odniesienia do punktu lodowego, jak i wzmocnienia maleńkiego sygnału.
Ponadto reakcja na niskie napięcie jest podatna na zakłócenia i interferencje z otaczających urządzeń elektrycznych. Termopary mogą wymagać uziemionego ekranu, aby uzyskać dobre wyniki. Dokładność jest ograniczona do około 1 ° C (około 2 F) i może być dodatkowo zmniejszona przez korozję złącza lub przewodów.
Zastosowania termopar
Zalety termopar doprowadziły do ich włączenia w szerokim zakresie sytuacji, od kontrolowania domowych piekarników po monitorowanie temperatury samolotów, statków kosmicznych i satelitów. Piece i autoklawy wykorzystują termopary, podobnie jak prasy i formy do produkcji.
Wiele termopar można łączyć szeregowo, tworząc termopalę, która wytwarza wyższe napięcie w odpowiedzi na temperaturę niż pojedyncza termopara. Stosy termiczne służą do wytwarzania czułych urządzeń do wykrywania promieniowania podczerwonego. Stosy termiczne mogą również generować energię dla sond kosmicznych z ciepła rozpadu promieniotwórczego w generatorze termoelektrycznym radioizotopowym.