Co je to termočlánek: pracovní princip a jeho aplikace

V roce 1821 fyzik, jmenovitě „Thomas Seebeck“, odhalil, že když budou dva různé kovové dráty spojeny na obou koncích jednoho spojení v obvodu, když na něj bude působit teplota, bude proudem procházet obvod které je známé jako elektromagnetické pole (EMF). Energie produkovaná obvodem se jmenuje Seebeckův efekt. S využitím efektu Thomase Seebecka jako jeho vodítka byli oba italští fyzici, jmenovitě Leopoldo Nobili a Macedonio Melloni, v roce 1826 ve spolupráci s designem termoelektrické baterie, která se nazývá tepelný multiplikátor, a čerpala z objevu Seebeckovy termoelektriky sloučením galvanometr stejně jako termočlánek pro výpočet záření. Někteří lidé za jeho úsilí identifikovali Nobiliho jako objevitele termočlánku.

Co je to termočlánek?

Termočlánek lze definovat jako druh teploty senzor který se používá k měření teploty v jednom konkrétním bodě ve formě EMF nebo elektrického proudu. Tento senzor obsahuje dva odlišné kovové vodiče, které jsou spojeny dohromady na jednom spoji. Na tomto spoji lze měřit teplotu a změna teploty kovového drátu stimuluje napětí.

Termočlánek

Množství EMF generovaného v zařízení je velmi malé (milivolty), takže pro výpočet e.m.f vytvářeného v obvodu je třeba použít velmi citlivá zařízení. Běžnými zařízeními používanými k výpočtu e.m.f jsou potenciometr pro vyrovnávání napětí a obyčejný galvanometr. Z těchto dvou se vyvažovací potenciometr využívá fyzicky nebo mechanicky.

Princip fungování termočlánku

The princip termočlánku hlavně závisí na třech efektech, jmenovitě Seebeck, Peltier a Thompson.

Viz Beckův efekt

Tento typ účinku se vyskytuje mezi dvěma odlišnými kovy. Když se teplo nabízí kterémukoli z kovových drátů, dodává se tok elektronů z horkého kovového drátu do studeného kovového drátu. Stejnosměrný proud proto stimuluje obvod.

Peltierův efekt

Tento Peltierův efekt je opačný k Seebeckovu efektu. Tento efekt uvádí, že rozdíl teplot může být vytvořen mezi libovolnými dvěma odlišnými vodiči použitím potenciální variace mezi nimi.

Thompsonův efekt

Tento efekt uvádí, že když se dva různorodé kovy spojí dohromady a pokud vytvoří dva klouby, pak napětí způsobí celkovou délku vodiče v důsledku gradientu teploty. Toto je fyzické slovo, které demonstruje změnu rychlosti a směru teploty v přesné poloze.

Konstrukce termočlánku

Konstrukce zařízení je uvedena níže. Skládá se ze dvou různých kovových drátů, které jsou na konci spojeny dohromady. Křižovatka považuje za měřicí konec. Konec křižovatky je rozdělen na tři typy, a to neuzemněný, uzemněný a exponovaný spoj.

Konstrukce termočlánku

Neuzemněný spoj

U tohoto typu spojení jsou vodiče zcela odděleny od ochranného krytu. Aplikace tohoto spojení zahrnují hlavně vysokotlaké aplikační práce. Hlavní výhodou použití této funkce je snížení efektu rozptýleného magnetického pole.

Uzemněný spoj

V tomto typu spojení jsou kovové vodiče a ochranný kryt spojeny dohromady. Tato funkce se používá k měření teploty v kyselé atmosféře a zajišťuje odolnost proti hluku.

Exposed-Junction

Odkryté spojení je použitelné v oblastech, kde je vyžadována rychlá reakce. Tento typ spojení se používá k měření teploty plynu. Kov použitý k výrobě teplotního senzoru v zásadě závisí na rozsahu výpočtu teploty.

Obecně je termočlánek navržen se dvěma různými kovovými dráty, jmenovitě železem a konstantanem, který umožňuje detekci prvku připojením na jednom spoji, který je pojmenován jako horký spoj. Skládá se ze dvou křižovatek, jedna křižovatka je spojena voltmetrem nebo vysílač kde studený spoj a druhý spoj jsou spojeny v procesu, který se nazývá horký spoj.

Jak funguje termočlánek?

The diagram termočlánku je zobrazen na následujícím obrázku. Tento obvod může být postaven ze dvou různých kovů a jsou spojeny dohromady vytvořením dvou křižovatek. Oba kovy jsou obklopeny spojením svařováním.

Ve výše uvedeném diagramu jsou křižovatky označeny P & Q a teploty jsou označeny T1 a T2. Když je teplota křižovatky navzájem odlišná, pak se v obvodu vytváří elektromagnetická síla.

Obvod termočlánku

Pokud se mírné na konci spojení změní na ekvivalent, pak ekvivalent, stejně jako reverzní elektromagnetická síla, produkuje v obvodu a neprotéká ním žádný proud. Podobně se teplota na konci křižovatky stává nevyváženou, pak v tomto obvodu indukuje kolísání potenciálu.

Velikost elektromagnetické síly indukované v obvodu závisí na druzích materiálu používaného pro výrobu termočlánků. Celý tok proudu v obvodu je vypočítán měřicími nástroji.

Elektromagnetická síla indukovaná v obvodu se vypočítá podle následující rovnice

E = a (∆Ө) + b (∆Ө) 2

Kde ∆Ө je teplotní rozdíl mezi horkým koncem termočlánku a koncem referenčního termočlánku, a & b jsou konstanty

Typy termočlánků

Předtím, než budeme diskutovat o typech termočlánků, je třeba vzít v úvahu, že termočlánek musí být chráněn v ochranném pouzdře, aby se izoloval od atmosférických teplot. Tato krytina výrazně minimalizuje korozní dopad na zařízení.

Existuje tedy mnoho typů termočlánků. Pojďme se na ně podrobně podívat.

Typ K - Toto se také nazývá termočlánek typu nikl-chrom / nikl-alumel. Je to nejčastěji používaný typ. Má vlastnosti zvýšené spolehlivosti, přesnosti a nenákladnosti a může pracovat pro rozšířené teplotní rozsahy.

Typ K.

Rozsahy teplot jsou:

Drát termočlánku - -270 F až 2300 F (-270⁰C až 1260⁰C)

Prodlužovací vodič (0⁰C až 200⁰C)

Tento typ K má úroveň přesnosti

Standardní +/- 2,2 ° C nebo +/- 0,75% a speciální limity jsou +/- 1,1 ° C nebo 0,4%

Typ J - Je to mix Iron / Constantan. Toto je také nejpoužívanější typ termočlánku. Má vlastnosti zvýšené spolehlivosti, přesnosti a nenákladnosti. Toto zařízení lze provozovat pouze při nižších teplotních rozsazích a má krátkou životnost při provozu při vysokých teplotních rozsazích.

J Typ

Rozsahy teplot jsou:

Drát termočlánku - -210 F až 2 400 F (-210⁰C až 760⁰C)

Prodlužovací vodič (0⁰C až 200⁰C)

Tento typ J má úroveň přesnosti

Standardní +/- 2,2 ° C nebo +/- 0,75% a speciální limity jsou +/- 1,1 ° C nebo 0,4%

Typ T - Je to směs mědi a Constantanu. Termočlánek typu T má zvýšenou stabilitu a je obecně implementován pro aplikace s nižší teplotou, jako jsou mrazničky s extrémně nízkou teplotou a kryogenika.

Typ T

Rozsahy teplot jsou:

Drát termočlánku - -270 F až 700 F (-270⁰C až 370⁰C)

Prodlužovací vodič (0⁰C až 200⁰C)

Tento typ T má úroveň přesnosti

Standardní +/- 1,0 ° C nebo +/- 0,75% a speciální limity jsou +/- 0,5 ° C nebo 0,4%

Typ E - Je to směs nikl-chrom / Constantan. Má vyšší schopnost signálu a lepší přesnost ve srovnání s termočlánky typu K a J při provozu na ≤ 1000F.

Typ E

Rozsahy teplot jsou:

Drát termočlánku - -454F až 1600F (-270⁰C až 870⁰C)

Prodlužovací vodič (0⁰C až 200⁰C)

Tento typ T má úroveň přesnosti

Standardní +/- 1,7 C nebo +/- 0,5% a speciální limity jsou +/- 1,0 C nebo 0,4%

Typ N - Je považován za termočlánek Nicrosil nebo Nisil. Úrovně teploty a přesnosti typu N jsou podobné typu K. Tento typ je ale dražší než typ K.

Typ N

Rozsahy teplot jsou:

Drát termočlánku - -270 F až 2300 F (-270⁰C až 392⁰C)

Prodlužovací vodič (0⁰C až 200⁰C)

Tento typ T má úroveň přesnosti

Standardní +/- 2,2 ° C nebo +/- 0,75% a speciální limity jsou +/- 1,1 ° C nebo 0,4%

Typ S - Je považován buď za platinový / rhodiový nebo 10% / platinový termočlánek. Termočlánek typu S je extrémně implementován pro aplikace s vysokými teplotami, například v biotechnologických a farmaceutických organizacích. Díky své zvýšené přesnosti a stabilitě se dokonce používá pro aplikace s menším teplotním rozsahem.

Typ S

Rozsahy teplot jsou:

Drát termočlánku - -58F až 2700F (-50⁰C až 1480⁰C)

Prodlužovací vodič (0⁰C až 200⁰C)

Tento typ T má úroveň přesnosti

Standardní +/- 1,5 ° C nebo +/- 0,25% a speciální limity jsou +/- 0,6 ° C nebo 0,1%

Typ R. - Je považován za platinový / rhodiový termočlánek nebo 13% / platinový termočlánek. Termočlánek typu S je extrémně implementován pro aplikace s vysokými teplotami. Tento druh je součástí vyššího množství rhodia než typu S, což činí zařízení nákladnějším. Vlastnosti a výkon typu R a S jsou téměř podobné. Díky své zvýšené přesnosti a stabilitě se dokonce používá pro aplikace s menším teplotním rozsahem.

Typ R.

Rozsahy teplot jsou:

Drát termočlánku - -58F až 2700F (-50⁰C až 1480⁰C)

Prodlužovací vodič (0⁰C až 200⁰C)

Tento typ T má úroveň přesnosti

Standardní +/- 1,5 ° C nebo +/- 0,25% a speciální limity jsou +/- 0,6 ° C nebo 0,1%

Typ B - Je považován za 30% platinového rhodia nebo 60% platinového rhodia termočlánku. To je široce používáno ve vyšších teplotních aplikacích. Ze všech výše uvedených typů má typ B nejvyšší teplotní limit. Na úrovních zvýšené teploty udrží termočlánek typu B zvýšenou stabilitu a přesnost.

Typ B

Rozsahy teplot jsou:

Drát termočlánku - 32F až 3100F (0⁰C do 1700⁰C)

Prodlužovací vodič (0⁰C až 100⁰C)

Tento typ T má úroveň přesnosti

Standardní +/- 0,5%

Typy S, R a B jsou považovány za termočlánky z ušlechtilého kovu. Jsou vybrány proto, že mohou fungovat i při vysokoteplotních rozsazích, které poskytují vysokou přesnost a dlouhou životnost. Ve srovnání s typy obecných kovů jsou ale dražší.

Při výběru termočlánku je třeba vzít v úvahu mnoho faktorů, které vyhovují jejich aplikacím.

• Zkontrolujte, jaké jsou nízké a vysoké teplotní rozsahy nezbytné pro vaši aplikaci?
• Jaký rozpočet má být termočlánek použit?
• Jaké procento přesnosti se má použít?
• V jakých atmosférických podmínkách pracuje termočlánek, například inertní plynné nebo oxidující
• Jaká je očekávaná úroveň odezvy, což znamená, jak rychle musí zařízení reagovat na změny teploty?
• Jaká je požadovaná doba životnosti?
• Před operací zkontrolujte, zda je zařízení ponořeno do vody a zda a do jaké hloubky?
• Bude využití termočlánku přerušované nebo kontinuální?
• Bude termočlánek vystaven kroucení nebo ohýbání po celou dobu životnosti zařízení?

Jak víte, že máte špatný termočlánek?

Abyste zjistili, zda termočlánek funguje perfektně, je třeba provést testování zařízení. Před výměnou zařízení je třeba zkontrolovat, zda skutečně funguje nebo ne. K tomu je zcela dostačující multimetr a základní znalosti elektroniky. K testování termočlánku pomocí multimetru existují hlavně tři přístupy, které jsou vysvětleny níže:

Test odolnosti

K provedení této zkoušky musí být zařízení umístěno v potrubí plynových zařízení a požadovaným zařízením je digitální multimetr a krokosvorky.

Postup - Připojte krokodýlí svorky k částem multimetru. Připojte svorky na oba konce termočlánku, kde bude jeden konec ohnutý do plynového ventilu. Nyní zapněte multimetr a poznamenejte si možnosti čtení. Pokud multimetr zobrazuje ohmy v malém pořadí, je termočlánek v perfektním provozním stavu. Nebo pokud je hodnota 40 ohmů nebo více, není v dobrém stavu.

Test otevřeného obvodu

Zde se používá vybavení krokodýlí klipy, zapalovač a digitální multimetr. Zde se místo měření odporu počítá napětí. Nyní se zapalovačem zahřejte jeden konec termočlánku. Když multimetr zobrazuje napětí v rozsahu 25-30 mV, pak funguje správně. Nebo jinak, když je napětí blízké 20mV, je třeba zařízení vyměnit.

Test uzavřeného obvodu

Zde se používá vybavení krokodýlí klipy, adaptér termočlánku a digitální multimetr. Zde je adaptér umístěn uvnitř plynového ventilu a poté je termočlánek umístěn na jeden okraj adaptéru. Nyní zapněte multimetr. Pokud je odečet v rozsahu 12-15 mV, je zařízení ve správném stavu. Nebo pokud poklesne napětí pod 12 mV, znamená to vadné zařízení.

Pomocí výše uvedených testovacích metod tedy můžete zjistit, zda termočlánek funguje správně nebo ne.

Jaký je rozdíl mezi termostatem a termočlánkem?

Rozdíly mezi termostatem a termočlánkem jsou:

Výhody nevýhody

Mezi výhody termočlánků patří následující.

• Přesnost je vysoká
• Je robustní a lze jej použít v prostředích, jako jsou drsné i vysoké vibrace.
• Tepelná reakce je rychlá
• Provozní rozsah teploty je široký.
• Široký rozsah provozních teplot
• Cena je nízká a extrémně konzistentní

Nevýhody termočlánků zahrnují následující.

• Nelinearita
• Nejméně stabilita
• Nízké napětí
• Je vyžadován odkaz
• nejmenší citlivost
• Rekalibrace termočlánku je těžká

Aplikace

Některé z aplikace termočlánků zahrnout následující.

• Používají se jako teplotní senzory v termostatech v kancelářích, domácnostech, kancelářích a podnicích.
• Používají se v průmyslových odvětvích ke sledování teplot kovů v železě, hliníku a kovu.
• Používají se v potravinářském průmyslu pro kryogenní a nízkoteplotní aplikace. Termočlánky se používají jako tepelné čerpadlo pro provádění termoelektrického chlazení.
• Používají se k testování teploty v chemických závodech, ropných zařízeních.
• Používají se v plynových strojích pro detekci zapalovacího plamene.

Jaký je rozdíl mezi RTD a termočlánkem?

Druhou nejdůležitější věcí, kterou je třeba vzít v úvahu v případě termočlánku, je to, jak se liší od zařízení RTD. Takže tabulka vysvětluje rozdíly mezi RTD a termočlánkem.

Co je délka života?

The životnost termočlánku je založen na aplikaci, když je využívána. Nelze tedy konkrétně předpovědět dobu životnosti termočlánku. Pokud bude zařízení správně udržováno, bude mít dlouhou životnost. Zatímco po nepřetržitém používání by se mohly poškodit kvůli stárnutí.

A také z tohoto důvodu bude snížen výstupní výkon a signály budou mít špatnou účinnost. Cena termočlánku také není vysoká. Doporučuje se tedy termočlánek upravovat každé 2-3 roky. To je odpověď na jaká je životnost termočlánku ?

Jedná se tedy o přehled termočlánku. Z výše uvedených informací nakonec můžeme vyvodit závěr, že měření výstup termočlánku lze vypočítat pomocí metod jako multimetr, potenciometr a zesilovač pomocí výstupních zařízení. Hlavním účelem termočlánku je vytvářet konzistentní a přímé měření teploty v několika různých aplikacích.