Αρχή λειτουργίας του θερμοστοιχείου και του αισθητήρα θερμοκρασίας θερμικής αντίστασης!

Τα θερμοστοιχεία και οι θερμικές αντιστάσεις είναι στοιχεία ανίχνευσης θερμοκρασίας και πρωτογενή όργανα. Μετρούν άμεσα τη θερμοκρασία και μετατρέπουν τα σήματα θερμοκρασίας σε σήματα θερμοηλεκτρικού δυναμικού, τα οποία στη συνέχεια μετατρέπονται σε θερμοκρασία του μετρούμενου μέσου μέσω ηλεκτρικών οργάνων (δευτερογενή όργανα). Η βασική αρχή της μέτρησης θερμοκρασίας θερμοστοιχείων είναι ότι δύο αγωγοί διαφορετικών συνθέσεων σχηματίζουν έναν κλειστό βρόχο. Όταν υπάρχει κλίση θερμοκρασίας και στα δύο άκρα, το ρεύμα θα ρέει μέσω του βρόχου. Αυτή τη στιγμή, υπάρχει μια ηλεκτρομαγνητική δύναμη μεταξύ των δύο άκρων - θερμοηλεκτρικό δυναμικό, το οποίο είναι το λεγόμενο αποτέλεσμα Seebeck. Δύο ομοιογενείς αγωγοί διαφορετικών συνθέσεων είναι θερμοστοιχεία. Το άκρο με υψηλότερη θερμοκρασία είναι το άκρο εργασίας και το άκρο με χαμηλότερη θερμοκρασία είναι το ελεύθερο άκρο. Το ελεύθερο άκρο είναι συνήθως σε σταθερή θερμοκρασία. Σύμφωνα με τη λειτουργική σχέση μεταξύ του θερμοηλεκτρικού δυναμικού και της θερμοκρασίας, γίνεται μια κλίμακα θερμοστοιχείων. Η κλίμακα επιτυγχάνεται όταν η ελεύθερη θερμοκρασία τελικού άκρου είναι 0 βαθμός και διαφορετικά θερμοστοιχεία έχουν διαφορετικές κλίμακες.
Όταν ένα τρίτο μεταλλικό υλικό συνδέεται με τον βρόχο θερμοστοιχείου, εφόσον η θερμοκρασία των δύο επαφών του υλικού είναι η ίδια, το θερμοηλεκτρικό δυναμικό που παράγεται από το θερμοστοιχείο θα παραμείνει αμετάβλητο, δηλαδή δεν θα επηρεαστεί από το τρίτο μέταλλο που συνδέεται με τον βρόχο. Επομένως, κατά τη μέτρηση της θερμοκρασίας με ένα θερμοστοιχείο, μπορεί να συνδεθεί ένα όργανο μέτρησης. Μετά τη μέτρηση του θερμοηλεκτρικού δυναμικού, μπορεί να γίνει γνωστή η θερμοκρασία του μετρούμενου μέσου.
Αρχή λειτουργίας του αισθητήρα θερμοκρασίας θερμοστοιχείων
Δύο αγωγοί διαφορετικών εξαρτημάτων (που ονομάζονται σύρμα θερμοστοιχείων ή ζεστό ηλεκτρόδιο) συνδέονται και στα δύο άκρα για να σχηματίσουν ένα βρόχο. Όταν η θερμοκρασία της διασταύρωσης είναι διαφορετική, θα δημιουργηθεί μια ηλεκτρομαγνητική δύναμη στον βρόχο. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται θερμοηλεκτρικό αποτέλεσμα, και αυτή η ηλεκτρομαγνητική δύναμη ονομάζεται θερμοηλεκτρικό δυναμικό. Τα θερμοστοιχεία χρησιμοποιούν αυτήν την αρχή για τη μέτρηση της θερμοκρασίας. Μεταξύ αυτών, το άκρο που χρησιμοποιείται άμεσα για τη μέτρηση της θερμοκρασίας του μέσου ονομάζεται άκρο εργασίας (που ονομάζεται επίσης άκρο μέτρησης) και το άλλο άκρο ονομάζεται κρύο άκρο (που ονομάζεται επίσης άκρο αντιστάθμισης). Το κρύο άκρο συνδέεται με το όργανο οθόνης ή το όργανο αντιστοίχισης και το όργανο οθόνης θα υποδεικνύει το θερμοηλεκτρικό δυναμικό που παράγεται από το θερμοστοιχείο.
Το θερμοστοιχείο είναι στην πραγματικότητα ένας μετατροπέας ενέργειας, ο οποίος μετατρέπει τη θερμική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια και χρησιμοποιεί το θερμοηλεκτρικό δυναμικό που παράγεται για τη μέτρηση της θερμοκρασίας. Για το θερμοηλεκτρικό δυναμικό του θερμοστοιχείου, πρέπει να σημειωθούν τα ακόλουθα ζητήματα:
1: Το θερμοηλεκτρικό δυναμικό του θερμοστοιχείου είναι η διαφορά της λειτουργίας θερμοκρασίας των δύο άκρων του άκρου εργασίας του θερμοστοιχείου, όχι η λειτουργία της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ του ψυχρού άκρου και του άκρου εργασίας του θερμοστοιχείου.
2: Το μέγεθος του θερμοηλεκτρικού δυναμικού που παράγεται από το θερμοστοιχείο, όταν το υλικό του θερμοστοιχείου είναι ομοιόμορφο, δεν έχει καμία σχέση με το μήκος και τη διάμετρο του θερμοστοιχείου, αλλά μόνο με τη σύνθεση του υλικού θερμοστοιχείου και τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των δύο άκρων.
3: Όταν προσδιορίζεται η σύνθεση του υλικού των δύο καλωδίων θερμοστοιχείου του θερμοστοιχείου, το μέγεθος του θερμοηλεκτρικού δυναμικού του θερμοστοιχείου σχετίζεται μόνο με τη διαφορά θερμοκρασίας του θερμοστοιχείου. Εάν η θερμοκρασία του κρύου άκρου του θερμοστοιχείου διατηρείται σταθερή, το θερμοηλεκτρικό δυναμικό του θερμοστοιχείου είναι μόνο μια συνάρτηση με μία αξία της θερμοκρασίας εργασίας. Συγκόλλησε δύο αγωγούς ή ημιαγωγούς Α και Β διαφορετικών υλικών μαζί για να σχηματίσουν έναν κλειστό βρόχο, όπως φαίνεται στο σχήμα. Όταν υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των δύο σημείων προσκόλλησης 1 και 2 των αγωγών Α και Β, παράγεται μια ηλεκτρομοϊκή δύναμη μεταξύ των δύο, σχηματίζοντας έτσι ένα ρεύμα ενός ορισμένου μεγέθους στο κύκλωμα. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται θερμοηλεκτρικό αποτέλεσμα. Τα θερμοστοιχεία λειτουργούν χρησιμοποιώντας αυτό το αποτέλεσμα.