Conţinut
- Tipuri de termocuple
- Limitările termocuplei
- Avantajele și dezavantajele termocuplurilor
- Aplicații termocuple
Termoparele sunt senzori de temperatură simpli folosiți în întreaga știință și industrie. Ele constau din două fire de metale diferite, reunite într-un singur punct sau joncțiune, care este de obicei sudată pentru rezistență și fiabilitate.
La capetele circuitului deschis al acestor fire, un termocuplu generează o tensiune ca răspuns la temperatura joncțiunii, rezultat al unui fenomen numit efectul Seebeck, descoperit în 1821 de fizicianul german Thomas Seebeck.
Tipuri de termocuple
Orice două fire din metale diferite în contact vor produce o tensiune atunci când sunt încălzite; cu toate acestea, anumite combinații de aliaje sunt standard datorită nivelului lor de ieșire, stabilității și caracteristicilor chimice.
Cele mai frecvente sunt termocuple „metal de bază”, realizate cu fier sau aliaje de nichel și alte elemente și sunt cunoscute sub denumirea de tipuri J, K, T, E și N, în funcție de compoziție.
Termoparele „metal nobil”, confecționate din fire de platină-rodiu și platină pentru o temperatură mai ridicată, sunt cunoscute sub denumirea de tipuri R, S și B. În funcție de tip, termocuple pot măsura temperaturi de la aproximativ -270 de grade Celsius până la 1.700 C sau mai mari ( aproximativ -454 grade Fahrenheit la 3.100 F sau mai mare).
Limitările termocuplei
Avantajele și dezavantajele termocuplurilor depind de situație și este important să se înțeleagă mai întâi limitările acestora. Puterea termocupla este foarte mică, de obicei doar în jur de 0,001 volți la temperatura camerei, crescând pe măsură ce temperatura crește. Fiecare tip are propria ecuație de a converti tensiunea la temperatură. Relația nu este o linie dreaptă, deci aceste ecuații sunt oarecum complexe, cu mulți termeni. Chiar și așa, termocuplele sunt limitate la precizii de aproximativ 1 C, sau aproximativ 2 F, în cel mai bun caz.
Pentru a obține un rezultat calibrat, tensiunea termocuplei trebuie să fie comparată cu o valoare de referință, care a fost cândva un alt termocup cufundat într-o baie de apă cu gheață. Acest aparat creează o "joncțiune rece" la 0 C, sau 32 F, dar este evident incomod și incomod. Circuitele electronice moderne de punct de gheață au înlocuit universal apa cu gheață și au permis utilizarea de termocuple în aplicații portabile.
Deoarece termocuplurile necesită contactul a două metale diferite, acestea sunt supuse coroziunii, ceea ce le poate afecta calibrarea și precizia. În medii dure, joncțiunea este de obicei protejată într-o teacă de oțel, care împiedică umiditatea sau substanțele chimice să dăuneze firelor. Cu toate acestea, îngrijirea și întreținerea termocuplurilor sunt necesare pentru o performanță bună pe termen lung.
Avantajele și dezavantajele termocuplurilor
Termoparele sunt simple, rezistente, ușor de fabricat și relativ ieftine. Pot fi realizate cu sârmă extrem de fină pentru a măsura temperatura obiectelor minuscule, cum ar fi insectele. Termocuple sunt utile pe o gamă de temperaturi foarte largă și pot fi inserate în locații dificile, cum ar fi cavitățile corpului sau în medii abuzive precum reactoarele nucleare.
Pentru toate aceste avantaje, trebuie avute în vedere dezavantajele termocuplelor înainte de aplicarea lor. Ieșirea la nivel de milivolt necesită complexitatea suplimentară a electronicelor proiectate cu atenție, atât pentru referința la punctul de gheață, cât și pentru amplificarea semnalului minuscul.
În plus, răspunsul de joasă tensiune este susceptibil la zgomot și la interferențe de la dispozitivele electrice înconjurătoare. Termocuple ar putea avea nevoie de ecranare împământată pentru rezultate bune. Precizia este limitată la aproximativ 1 C (aproximativ 2 F) și poate fi redusă în continuare prin coroziunea joncțiunii sau a firelor.
Aplicații termocuple
Avantajele termocuplurilor au dus la încorporarea lor într-o gamă largă de situații, de la controlul cuptoarelor casnice până la monitorizarea temperaturii avioanelor, navelor spațiale și sateliților. Cuptoarele și autoclavele folosesc termocuple, la fel ca presele și matrițele pentru fabricare.
Multe termocuple pot fi conectate împreună în serie pentru a crea un termopil, care produce o tensiune mai mare ca răspuns la temperatură decât un singur termopar. Termopile sunt utilizate pentru a face dispozitive sensibile pentru detectarea radiațiilor infraroșii. Termopile pot genera, de asemenea, energie pentru sondele spațiale de la căldura degradării radioactive într-un generator termoelectric radioizotop.