Περιεχόμενο
- Το αποτέλεσμα Seebeck
- Η λειτουργία ενός θερμοστοιχείου
- Τύποι θερμοστοιχείων
- Εφαρμογές
- Νόμοι της χρήσης των θερμοστοιχείων
Ένα θερμοστοιχείο είναι μια συσκευή που χρησιμοποιείται για τη μετατροπή της θερμότητας σε ηλεκτρική ενέργεια. Μετράει τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ δύο σημείων. Τα θερμοστοιχεία είναι από τους πιο ευρέως χρησιμοποιούμενους αισθητήρες θερμοκρασίας λόγω της ευρείας διαθεσιμότητάς τους και του πολύ χαμηλού κόστους. Δυστυχώς, ωστόσο, δεν είναι οι πιο ακριβείς αναγνώστες θερμοκρασίας.
Το αποτέλεσμα Seebeck
Το εφέ Seebeck παίζει βασικό ρόλο στη λειτουργία ενός θερμοστοιχείου. Δηλώνει ότι μια διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ δύο μεταλλικών ημιαγωγών θα δημιουργήσει ηλεκτρική ενέργεια. Όταν αυτοί οι ημιαγωγοί σχηματίζουν έναν βρόχο, γίνεται ηλεκτρικό ρεύμα. Τα θερμοστοιχεία βασίζονται σε αυτό το αποτέλεσμα για τη μέτρηση της θερμοκρασίας. Όταν ένα θερμοστοιχείο τοποθετείται μεταξύ μιας θερμοκρασιακής κλίσης μεταξύ δύο ημιαγωγών, γίνεται μέρος του κυκλώματος που δημιουργείται από το φαινόμενο Seebeck. Αυτό επιτρέπει σε αυτό να μετρήσει μια τάση και να μετατρέψει αυτή την τάση σε μια ευανάγνωστη κλίση θερμοκρασίας ανάλογα με τους τύπους μεταλλικών που χρησιμοποιούνται.
Η λειτουργία ενός θερμοστοιχείου
Όταν ένα θερμοστοιχείο μετρά μια κλίση θερμοκρασίας, μετρά τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ δύο ημιαγωγών. Αυτό σημαίνει ότι ένα θερμοστοιχείο πρέπει να συνδεθεί με ένα πολύμετρο, το οποίο επιτρέπει στο χρήστη να διαβάσει την τάση των δύο ημιαγωγών που εμπλέκονται. Η διαφορά θερμοκρασίας και η τάση σχετίζονται άμεσα. Επομένως, εάν κάποιος μπορεί να διαβάσει την τάση που τρέχει μέσω ενός κυκλώματος, τότε μπορεί κανείς να υπολογίσει τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των δύο ημιαγωγών. Αυτή η διαφορά θερμοκρασίας επιτυγχάνεται με τη μέτρηση της τάσης. για την τάση που αντιστοιχεί άμεσα στη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των δύο συνδέσεων των ημιαγωγών θερμοστοιχείων.
Τύποι θερμοστοιχείων
Υπάρχουν πολλοί τύποι θερμοστοιχείων, που ποικίλλουν στο μεταλλικό κράμα που χρησιμοποιείται στον ανιχνευτή τους. Τα πιο συνηθισμένα θερμοστοιχεία τύπου Κ (αλουμίνιο χρώμιο) είναι πολύ φτηνά και έχουν ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών που μπορούν να μετρήσουν. Ωστόσο, η φτηνότητα αυτού του τύπου δείχνει στο γεγονός ότι δεν είναι πολύ ακριβής και μπορεί να βιώσει αλλαγές στην ευαισθησία σε θερμοκρασίες άνω των 354 βαθμών Κελσίου, το οποίο είναι το σημείο Curie για το νικέλιο, ένα συστατικό του χρωμελίου. Τα θερμοστοιχεία τύπου Ε (χρωμελ-σταθερά) έχουν μεγαλύτερη ευαισθησία από τον τύπο Κ και είναι μη μαγνητικά. Υπάρχουν πολλοί άλλοι τύποι θερμοστοιχείων και ένας πλήρης κατάλογος βρίσκεται στην ενότητα Πόροι.
Εφαρμογές
Τα θερμοστοιχεία χρησιμοποιούνται στην κατασκευή χάλυβα για τη μέτρηση της θερμοκρασίας του χάλυβα για τον προσδιορισμό της περιεκτικότητας σε άνθρακα του χάλυβα με βάση τη θερμοκρασία τήξης του. Χρησιμοποιούνται επίσης σε πιλοτικά φώτα. Αυτή η εφαρμογή απαιτεί ο αισθητήρας του θερμοστοιχείου να βρίσκεται στην πιλοτική φλόγα για να πει εάν η φλόγα είναι αναμμένη. Όταν η φλόγα είναι αναμμένη, παράγεται ένα ρεύμα στο θερμοστοιχείο και διαβάζει τη θερμότητα που παράγεται από τη φλόγα. Όταν η φλόγα είναι απενεργοποιημένη, οι ηλεκτρονικοί αισθητήρες μπορούν να γνωρίζουν ότι κλείνουν το αέριο για να αποτρέψουν πιθανές διαρροές αερίου.
Νόμοι της χρήσης των θερμοστοιχείων
Τα θερμοστοιχεία ακολουθούν τρεις νόμους όταν λειτουργούν. Πρώτον, ο νόμος ομοιογενών υλικών δηλώνει ότι οι θερμοκρασίες που δεν εφαρμόζονται στις διασταυρώσεις του θερμοστοιχείου δεν επηρεάζουν την παραγόμενη τάση, επειδή δεν δημιουργούν πλέον κλίση θερμοκρασίας. Δεύτερον, ο νόμος των ενδιάμεσων υλικών αναφέρει ότι τα νέα υλικά που εισάγονται στο κύκλωμα δεν θα αλλάξουν την τάση αρκεί οι διασταυρώσεις που σχηματίζονται από το νέο υλικό να μην παρουσιάζουν κλίση θερμοκρασίας. Ο νόμος των διαδοχικών θερμοκρασιών δηλώνει ότι οι τάσεις μεταξύ τριών ή περισσοτέρων διασταυρώσεων μπορούν να προστεθούν μαζί.