Τι είναι ένα θερμοστοιχείο και ποιες είναι οι χρήσεις και οι αρχές του;

Βασικές αρχές της μέτρησης θερμοκρασίας θερμοστοιχείων

Δύο αγωγοί ή ημιαγωγοί, Α και Β, κατασκευασμένοι από διαφορετικά υλικά, συγκολλούνται μαζί για να σχηματίσουν ένα κλειστό κύκλωμα. Όταν υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των δύο διασταυρώσεων (1 και 2) των αγωγών Α και Β, παράγεται μια δύναμη ηλεκτρομώσεως μεταξύ τους, με αποτέλεσμα ένα ρεύμα που ρέει στο κύκλωμα. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται θερμοηλεκτρικό αποτέλεσμα. Τα θερμοστοιχεία χρησιμοποιούν αυτό το αποτέλεσμα για να λειτουργούν.

Τι είναι ένα θερμοστοιχείο;

Τόσο τα θερμοστοιχεία όσο και οι RTDs είναι επαφή - συσκευές μέτρησης θερμοκρασίας τύπου. Αν και οι δύο μετράνε τη θερμοκρασία ενός αντικειμένου, οι αρχές και τα χαρακτηριστικά τους διαφέρουν.

Τα θερμοστοιχεία είναι οι πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες συσκευές μέτρησης θερμοκρασίας. Τα κύρια χαρακτηριστικά τους περιλαμβάνουν ένα ευρύ φάσμα μέτρησης, σχετικά σταθερή απόδοση, απλή δομή, καλή δυναμική απόκριση και δυνατότητα μετάδοσης 4 - 20 mA ηλεκτρικά σήματα εξ αποστάσεως, διευκολύνοντας τον αυτοματοποιημένο και κεντρικό έλεγχο. Η μέτρηση θερμοκρασίας θερμοστοιχείων βασίζεται στο θερμοηλεκτρικό αποτέλεσμα. Όταν δύο διαφορετικοί αγωγοί ή ημιαγωγοί συνδέονται σε ένα κλειστό κύκλωμα και οι θερμοκρασίες στις διασταυρώσεις διαφέρουν, δημιουργείται ένα θερμοηλεκτρικό δυναμικό στο κύκλωμα. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται θερμοηλεκτρικό αποτέλεσμα, γνωστό και ως φαινόμενο Seebeck. Το θερμοηλεκτρικό δυναμικό που παράγεται σε ένα κλειστό κύκλωμα αποτελείται από δύο τύπους δυναμικών: θερμοηλεκτρικό δυναμικό και δυναμικό επαφής. Το θερμοηλεκτρικό δυναμικό αναφέρεται στο δυναμικό που παράγεται από τις διαφορές θερμοκρασίας μεταξύ των δύο άκρων ενός αγωγού. Οι διαφορετικοί αγωγοί έχουν διαφορετικές πυκνότητες ηλεκτρονίων, οπότε το δυναμικό που παράγεται είναι επίσης διαφορετικό. Το δυναμικό επαφής, όπως υποδηλώνει το όνομα, αναφέρεται στο δυναμικό που παράγεται όταν δύο διαφορετικοί αγωγοί βρίσκονται σε επαφή, με αποτέλεσμα μια ορισμένη ποσότητα διάχυσης ηλεκτρονίων λόγω των διαφορετικών πυκνοτήτων ηλεκτρονίων τους. Το μέγεθος του δυναμικού επαφής εξαρτάται από τις ιδιότητες υλικού των δύο αγωγών και τη θερμοκρασία στο σημείο επαφής. Επί του παρόντος, τα θερμοστοιχεία που χρησιμοποιούνται σε διεθνές επίπεδο είναι τυποποιημένες και ταξινομούνται σε οκτώ διαφορετικές βαθμίδες: B, R, S, K, N, E, J και T. Μπορούν να μετρήσουν τις θερμοκρασίες τόσο χαμηλές όσο -270 ° C και οι 1800 ° C. Β, R, και S ανήκουν στη σειρά θερμοστοιχείων πλατίνας. Επειδή η πλατίνα είναι ένα πολύτιμο μέταλλο, ονομάζονται επίσης πολύτιμα μέταλλα θερμοστοιχεία, ενώ οι υπόλοιποι βαθμοί ονομάζονται φθηνά μεταλλικά θερμοστοιχεία. Υπάρχουν δύο τύποι θερμοστοιχείων: πρότυπα και θωρακισμένα. Τα συμβατικά θερμοστοιχεία συνήθως αποτελούνται από ένα ηλεκτρόδιο θερμοστοιχείου, ένα μονωτικό σωλήνα, ένα προστατευτικό θήκη και ένα κουτί διασταύρωσης. Τα θωρακισμένα θερμοστοιχεία, από την άλλη πλευρά, κατασκευάζονται με τη συναρμολόγηση του καλωδίου θερμοστοιχείων, του μόνωση και ενός μεταλλικού προστατευτικού θηκαριού, στη συνέχεια, τα τεντώνοντάς τα σε μια σταθερή δομή. Ωστόσο, το ηλεκτρικό σήμα από ένα θερμοστοιχείο απαιτεί έναν ειδικό αγωγό, που ονομάζεται αντισταθμιστικό σύρμα. Διαφορετικά θερμοστοιχεία απαιτούν διαφορετικά καλώδια αντιστάθμισης. Η κύρια λειτουργία τους είναι να συνδέσουν το θερμοστοιχείο με τη διασταύρωση αναφοράς, διατηρώντας την μακριά από την τροφοδοσία και έτσι σταθεροποιώντας τη θερμοκρασία αναφοράς. Τα καλώδια αντιστάθμισης κατηγοριοποιούνται ως αντισταθμιστικοί και τύποι επέκτασης. Ενώ η χημική σύνθεση του καλωδίου επέκτασης είναι η ίδια με την αντιστάθμιση του θερμοστοιχείου, στην πράξη, το καλώδιο επέκτασης δεν είναι κατασκευασμένο από το ίδιο μέταλλο με το θερμοστοιχείο. Είναι συνήθως κατασκευασμένο από σύρμα με την ίδια πυκνότητα ηλεκτρονίων με το θερμοστοιχείο. Η σύνδεση μεταξύ του καλωδίου αντιστάθμισης και του θερμοστοιχείου είναι γενικά απλή: ο θετικός ακροδέκτης του θερμοστοιχείου συνδέεται με το κόκκινο σύρμα του αντισταθμιστικού καλωδίου, ενώ ο αρνητικός ακροδέκτης συνδέεται με το υπόλοιπο έγχρωμο σύρμα. Το αντισταθμιστικό σύρμα είναι τυπικά κατασκευασμένο από κράμα χαλκού-νίκη.