Kaj je termočlen: načelo dela in njegove uporabe

Leta 1821 je fizik, in sicer 'Thomas Seebeck', razkril, da ko sta dve različni kovinski žici povezani na obeh koncih enega križišča v vezju, ko temperatura vpliva na stik, bo potekal tok skozi vezje ki je znano kot elektromagnetno polje (EMF). Energijo, ki jo proizvaja vezje, imenujemo Seebeckov učinek. Z uporabo učinka Thomasa Seebecka kot vodila sta oba italijanska fizika, in sicer Leopoldo Nobili in Macedonio Melloni, sodelovala pri načrtovanju termoelektrične baterije v letu 1826, ki se imenuje toplotni multiplikator. galvanometer kot tudi termopilo za izračun sevanja. Zaradi njegovega prizadevanja so nekateri Nobili prepoznali kot odkritelja termočlena.

Kaj je termočlen?

Termočlen lahko definiramo kot nekakšno temperaturo senzor ki se uporablja za merjenje temperature na določeni točki v obliki EMR ali električnega toka. Ta senzor vsebuje dve različni kovinski žici, ki sta povezani na enem mestu. Na tem križišču je mogoče izmeriti temperaturo in sprememba temperature kovinske žice spodbuja napetosti.

Termočlen

Količina elektromagnetnega sevanja, ustvarjenega v napravi, je zelo majhna (milivolti), zato je treba za izračun efektivne napetosti, ki nastane v vezju, uporabiti zelo občutljive naprave. Pogosti napravi, ki se uporabljata za izračun e.m.f, sta potenciometer za uravnoteženje napetosti in navaden galvanometer. Od teh dveh se izravnalni potenciometer uporablja fizično ali mehansko.

Načelo delovanja termočlenov

The princip termočlena je odvisno predvsem od treh učinkov, in sicer Seebeck, Peltier in Thompson.

Glej beck-učinek

Ta vrsta učinka se pojavi med dvema različnima kovinama. Ko toplota odda katero koli kovinsko žico, potem tok elektronov dovaja od vroče kovinske žice do hladne kovinske žice. Zato enosmerni tok stimulira vezje.

Peltierjev učinek

Ta Peltierjev učinek je nasproten Seebeckovemu učinku. Ta učinek navaja, da se lahko razlika temperature med dvema različnima vodnikoma tvori z uporabo potencialnih sprememb med njimi.

Thompsonov učinek

Ta učinek navaja, da ko se dve različni kovini fiksirata skupaj in če tvorita dva spoja, napetost zaradi gradienta temperature povzroči skupno dolžino vodnika. To je fizična beseda, ki prikazuje spremembo hitrosti in smeri temperature na natančnem položaju.

Izdelava termočlena

Konstrukcija naprave je prikazana spodaj. Obsega dve različni kovinski žici, ki sta na koncu spoja povezani med seboj. Spoj je mišljen kot merilni konec. Konec križišča je razvrščen v tri tipe, in sicer neutemeljen, ozemljen in izpostavljen križišče.

Gradnja termočlenov

Neutemeljeno križišče

Pri tej vrsti križišč so vodniki popolnoma ločeni od zaščitnega pokrova. Uporaba tega križišča vključuje predvsem visokotlačna dela. Glavna prednost uporabe te funkcije je zmanjšanje učinka zapuščenega magnetnega polja.

Ozemljeno križišče

V tej vrsti križišča so kovinske žice in zaščitni pokrov povezani med seboj. Ta funkcija se uporablja za merjenje temperature v kisli atmosferi in zagotavlja odpornost proti hrupu.

Exposed-Junction

Izpostavljeni križišče se uporablja na območjih, kjer je potreben hiter odziv. Ta vrsta križišča se uporablja za merjenje temperature plina. Kovina, ki se uporablja za izdelavo temperaturnega senzorja, je v osnovi odvisna od izračunanega temperaturnega območja.

Na splošno je termočlen zasnovan z dvema različnima kovinskima žicama, in sicer železom in konstantanom, ki omogoča zaznavanje elementa s povezovanjem na enem spoju, ki je imenovan kot vroč spoj. Ta je sestavljen iz dveh križišč, en spoj je povezan z voltmetrom ali oddajnik kjer je hladni in drugi spoj povezan v procesu, ki se imenuje vroč spoj.

Kako deluje termočlen?

The diagram termočlenov je prikazan na spodnji sliki. To vezje je mogoče zgraditi z dvema različnima kovinama, ki sta povezani skupaj z ustvarjanjem dveh spojev. Kovini sta prek varjenja obdani s povezavo.

V zgornjem diagramu so križišča označena s P & Q, temperature pa s T1 in T2. Kadar se temperatura križišča med seboj razlikuje, potem v vezju nastane elektromagnetna sila.

Krog termočlenov

Če se zmerno na koncu križišča spremeni v enakovredno, potem v vezju nastane enakovredna, kot tudi obratna elektromagnetna sila, in tok skozi tok ne teče. Podobno postane temperatura na koncu križišča neuravnotežena, nato v tem vezju povzroči potencialne spremembe.

Velikost elektromagnetne sile, ki jo povzroča vezje, je odvisna od vrste materiala, ki se uporablja za izdelavo termočlenov. Celoten pretok toka skozi vezje izračunajo merilna orodja.

Elektromagnetna sila, inducirana v vezju, se izračuna po naslednji enačbi

E = a (∆Ө) + b (∆Ө) 2

Kjer je ∆Ө temperaturna razlika med koncem vročega termočlena in spojem konca termočlena, sta a & b konstanti

Vrste termočlenov

Preden začnemo razpravljati o vrstah termočlenov, je treba upoštevati, da je treba termočlen zaščititi v zaščitnem ohišju, da se izolira od atmosferskih temperatur. Ta obloga bo znatno zmanjšala vpliv korozije na napravo.

Torej obstaja veliko vrst termočlenov. Oglejmo si jih podrobno.

Tip K - To se imenuje tudi termoelement tipa nikelj-krom / nikelj-alumel. Je najpogosteje uporabljena vrsta. Ima značilnosti izboljšane zanesljivosti, natančnosti in poceni in lahko deluje v daljših temperaturnih območjih.

K tip

Temperaturna območja so:

Žica termoelementa - -454F do 2300F (-270⁰C do 1260⁰C)

Podaljšana žica (0⁰Od C do 200⁰C)

Ta tip K ima stopnjo natančnosti

Standard +/- 2,2C ali +/- 0,75%, posebne meje pa so +/- 1,1C ali 0,4%

Tip J - Je mešanica železa / konstantana. To je tudi najpogosteje uporabljena vrsta termočlenov. Ima značilnosti izboljšane zanesljivosti, natančnosti in poceni. S to napravo lahko upravljate le pri nižjih temperaturnih območjih in ima kratko življenjsko dobo, če deluje pri visokem temperaturnem območju.

Tip J

Temperaturna območja so:

Žica termoelementa - -346F do 1400F (-210⁰C do 760⁰C)

Podaljšana žica (0⁰Od C do 200⁰C)

Ta tip J ima stopnjo natančnosti

Standard +/- 2,2C ali +/- 0,75%, posebne meje pa so +/- 1,1C ali 0,4%

Tip T - Je mešanica bakra / konstantana. Termočlen tipa T ima večjo stabilnost in se na splošno uporablja za aplikacije z nižjimi temperaturami, kot so zamrzovalniki za ultra nizke temperature in kriogenika.

Tip T

Temperaturna območja so:

Žica termoelementa - -454F do 700F (-270⁰C do 370⁰C)

Podaljšana žica (0⁰Od C do 200⁰C)

Ta tip T ima stopnjo natančnosti

Standard +/- 1,0C ali +/- 0,75%, posebne meje pa so +/- 0,5C ali 0,4%

Tip E - Je mešanica niklja-kroma / konstantana. Ima večjo sposobnost signala in izboljšano natančnost v primerjavi s termočleni tipa K in J, kadar delujejo pri ≤ 1000F.

Tip E

Temperaturna območja so:

Žica termoelementa - -454F do 1600F (-270⁰C do 870⁰C)

Podaljšana žica (0⁰Od C do 200⁰C)

Ta tip T ima stopnjo natančnosti

Standard +/- 1,7C ali +/- 0,5%, posebne meje pa so +/- 1,0C ali 0,4%

Tip N - Šteje se bodisi za termočlen Nicrosil ali Nisil. Stopnje temperature in natančnosti tipa N so podobne tipu K. Toda ta tip je dražji od tipa K.

N tip

Temperaturna območja so:

Žica termoelementa - -454F do 2300F (-270⁰Od C do 392⁰C)

Podaljšana žica (0⁰Od C do 200⁰C)

Ta tip T ima stopnjo natančnosti

Standard +/- 2,2C ali +/- 0,75%, posebne meje pa so +/- 1,1C ali 0,4%

Tip S - Šteje se bodisi za termočlen Platina / Rodij ali 10% / Platina. Termoelement S je izredno primeren za uporabo pri visokotemperaturnih območjih, kot so Biotech in lekarniške organizacije. Zaradi večje natančnosti in stabilnosti se uporablja tudi za aplikacije z manjšim temperaturnim območjem.

Tip S

Temperaturna območja so:

Žica termoelementa - -58F do 2700F (-50⁰C do 1480⁰C)

Podaljšana žica (0⁰Od C do 200⁰C)

Ta tip T ima stopnjo natančnosti

Standard +/- 1,5C ali +/- 0,25%, posebne meje pa so +/- 0,6C ali 0,1%

Tip R - Šteje se bodisi za termočlen Platina / Rodij ali 13% / Platinum. Termoelement tipa S je izredno izveden za uporabo pri visokotemperaturnih območjih. Ta vrsta je vključena z večjo količino rodija kot tip S, zaradi česar je naprava dražja. Značilnosti in zmogljivosti tipa R in S so si skoraj podobne. Zaradi večje natančnosti in stabilnosti se uporablja tudi za aplikacije z manjšim temperaturnim območjem.

R tip

Temperaturna območja so:

Žica termoelementa - -58F do 2700F (-50⁰C do 1480⁰C)

Podaljšana žica (0⁰Od C do 200⁰C)

Ta tip T ima stopnjo natančnosti

Standard +/- 1,5C ali +/- 0,25%, posebne meje pa so +/- 0,6C ali 0,1%

Tip B - Šteje se za 30% termočlena Platinum Rhodium ali 60% Platinum Rhodium. To se pogosto uporablja v višjih temperaturah. Od vseh zgoraj naštetih tipov ima tip B najvišjo temperaturno mejo. Pri povišanih temperaturah ima termočlen tipa B večjo stabilnost in natančnost.

Tip B

Temperaturna območja so:

Žica termoelementa - 32F do 3100F (0⁰C do 1700⁰C)

Podaljšana žica (0⁰C do 100⁰C)

Ta tip T ima stopnjo natančnosti

Standardno +/- 0,5%

Tipi S, R in B veljajo za termoelemente plemenitih kovin. Ti so izbrani, ker lahko delujejo tudi pri visokotemperaturnih območjih, kar zagotavlja veliko natančnost in dolgo življenjsko dobo. Toda v primerjavi z vrstami navadnih kovin so te dražje.

Pri izbiri termočlena je treba upoštevati številne dejavnike, ki ustrezajo njihovi uporabi.

• Preverite, katera območja nizkih in visokih temperatur so potrebna za vašo aplikacijo?
• Kakšen proračun termočlena naj bo uporabljen?
• Kolikšen odstotek natančnosti uporabiti?
• V kakšnih atmosferskih pogojih deluje termočlen, na primer inertni plinasti ali oksidativni
• Kakšna je pričakovana raven odziva, kar pomeni, kako hitro se mora naprava odzvati na temperaturne spremembe?
• Kakšno življenjsko obdobje je potrebno?
• Pred operacijo preverite, ali je naprava potopljena v vodo ali ne in do katere globine?
• Ali bo uporaba termočlena prekinitvena ali neprekinjena?
• Se bo termočlen skozi življenjsko dobo naprave sukal ali upogibal?

Kako veste, če imate slab termočlen?

Če želite vedeti, ali termočlen deluje brezhibno, morate opraviti preskus naprave. Preden nadaljujete z zamenjavo naprave, morate preveriti, ali naprava dejansko deluje ali ne. Za to je dovolj multimeter in osnovno znanje elektronike. Obstajajo predvsem trije pristopi k preizkušanju termočlena z multimetrom, ki so razloženi spodaj:

Preskus odpornosti

Za izvedbo tega preskusa je treba napravo postaviti v plinovodno napeljavo, potrebna oprema pa je digitalni multimeter in krokodilove sponke.

Postopek - Krokodilske sponke priključite na odseke multimetra. Na obeh koncih termočlena pritrdite sponke, kjer bo en konec zložen v plinski ventil. Zdaj vklopite multimeter in si zapišite možnosti branja. Če multimeter prikazuje ohme v majhnem vrstnem redu, potem je termočlen v popolnem delovnem stanju. V nasprotnem primeru, ko je odčitek 40 ohmov ali več, potem ni v dobrem stanju.

Preizkus odprtega kroga

Tu so uporabljeni krokodilski sponki, vžigalnik in digitalni multimeter. Tu se namesto merjenja upora izračuna napetost. Zdaj z vžigalnikom segrejte en konec termočlena. Ko multimeter prikazuje napetost v območju 25-30 mV, potem deluje pravilno. V nasprotnem primeru je treba napravo zamenjati, če je napetost blizu 20 mV.

Preskus zaprtega kroga

Tu se uporabljajo oprema za krokodile, adapter za termočlen in digitalni multimeter. Tu je adapter nameščen znotraj plinskega ventila, nato pa je termočlen nameščen na en rob adapterja. Zdaj vklopite multimeter. Ko je odčitek v območju 12-15 mV, je naprava v dobrem stanju. V nasprotnem primeru, ko odčitki napetosti padejo pod 12mV, to kaže na okvaro naprave.

Torej, z uporabo zgornjih preskusnih metod lahko ugotovimo, ali termočlen deluje pravilno ali ne.

Kakšna je razlika med termostatom in termočlenom?

Razlike med termostatom in termočlenom so:

Prednosti in slabosti

Prednosti termočlenov vključujejo naslednje.

• Natančnost je visoka
• Je trpežen in se lahko uporablja v okoljih, kot so močne in močne vibracije.
• Toplotna reakcija je hitra
• Območje delovanja temperature je široko.
• Širok razpon delovne temperature
• Stroški so nizki in izjemno dosledni

Pomanjkljivosti termočlenov vključujejo naslednje.

• Nelinearnost
• Najmanj stabilnost
• Nizka napetost
• Referenca je obvezna
• najmanj občutljivost
• Ponovno umerjanje termoelementa je težko

Aplikacije

Nekateri od uporaba termočlenov vključujejo naslednje.

• Ti se uporabljajo kot temperaturni senzorji v termostatih v pisarnah, domovih, pisarnah in podjetjih.
• Uporabljajo se v industriji za spremljanje temperatur kovin v železu, aluminiju in kovini.
• Uporabljajo se v živilski industriji za kriogene in nizkotemperaturne namene. Termočleni se uporabljajo kot toplotna črpalka za izvajanje termoelektričnega hlajenja.
• Uporabljajo se za testiranje temperature v kemičnih obratih in obratih za pridobivanje nafte.
• Ti se uporabljajo v plinskih strojih za odkrivanje pilotskega plamena.

Kakšna je razlika med RTD in termočlenom?

Druga najpomembnejša stvar, ki jo je treba upoštevati pri termočlenu, je, kako se razlikuje od naprave RTD. Tabelarično pojasnjuje razlike med RTD in termočlenom.

Kaj je življenjska doba?

The življenjska doba termočlena temelji na aplikaciji, ko je uporabljena. Torej ni mogoče posebej predvideti življenjskega obdobja termočlenov. Če napravo pravilno vzdržujete, bo imela dolgo življenjsko dobo. Medtem ko se lahko po nenehni uporabi zaradi učinka staranja poškodujejo.

In tudi zaradi tega se bo izhodna zmogljivost zmanjšala in signali bodo imeli slabo učinkovitost. Tudi cena termočlena ni visoka. Zato je bolj priporočljivo spreminjati termočlen vsaka 2-3 leta. To je odgovor na kakšna je življenjska doba termočlena ?

Gre torej za pregled termočlena. Iz zgornjih informacij lahko končno ugotovimo, da je bila meritev izhod termočlena lahko izračunajo z uporabo metod, kot so multimeter, potenciometer in ojačevalnik z izhodnimi napravami. Glavni namen termočlena je graditi dosledne in neposredne meritve temperature v več različnih aplikacijah.