Obsah
Termočlánky sú jednoduché teplotné senzory používané vo vede a priemysle. Pozostávajú z dvoch drôtov rôznych kovov spojených do jedného bodu alebo križovatky, čo je zvyčajne zvárané kvôli robustnosti a spoľahlivosti.
Na koncoch týchto vodičov s otvoreným obvodom generuje termočlánok napätie v reakcii na teplotu spoja, čo je výsledok javu nazývaného Seebeckov efekt, ktorý objavil v roku 1821 nemecký fyzik Thomas Seebeck.
Druhy termočlánkov
Akékoľvek dva drôty z rôznych kovov, ktoré sú v kontakte, budú pri zahrievaní vytvárať napätie; určité kombinácie zliatin sú však štandardné z dôvodu ich úrovne výstupu, stability a chemických vlastností.
Najbežnejšie sú termočlánky zo „základného kovu“ vyrobené zo železa alebo zliatin niklu a ďalších prvkov a v závislosti od ich zloženia sú známe ako typy J, K, T, E a N.
Termočlánky z ušľachtilého kovu, vyrobené z drôtov platiny a ródia a platiny na použitie pri vyšších teplotách, sú známe ako typy R, S a B. V závislosti od typu môžu termočlánky merať teploty od približne -270 ° C do 1700 ° C alebo vyššie ( asi -454 stupňov Fahrenheita do 3100 F alebo vyšších).
Obmedzenia termočlánkov
Výhody a nevýhody termočlánkov závisia od situácie a je dôležité najprv porozumieť ich obmedzeniam. Výstup termočlánku je veľmi malý, zvyčajne iba okolo 0,001 voltu pri izbovej teplote, s rastúcou teplotou stúpa. Každý typ má svoju vlastnú rovnicu na konverziu napätia na teplotu. Vzťah nie je priamka, takže tieto rovnice sú trochu zložité, s mnohými pojmami. Aj tak sú termočlánky obmedzené na presnosť približne 1 ° C alebo prinajmenšom asi 2 ° F.
Aby sa dosiahol kalibrovaný výsledok, napätie termočlánku sa musí porovnať s referenčnou hodnotou, ktorá bola kedysi ďalším termočlánkom ponoreným do kúpeľa s ľadovou vodou. Toto zariadenie vytvára „studenú križovatku“ pri 0 ° C alebo 32 ° F, ale je zjavne nepríjemné a nepohodlné. Moderné elektronické referenčné body s bodom ľadu univerzálne nahradili ľadovú vodu a umožnili použitie termočlánkov v prenosných aplikáciách.
Pretože termočlánky vyžadujú kontakt dvoch rôznych kovov, sú vystavené korózii, čo môže ovplyvniť ich kalibráciu a presnosť. V drsných prostrediach je spojenie obvykle chránené v oceľovom puzdre, ktoré zabraňuje vlhkosti alebo chemikáliám poškodzovať vodiče. Starostlivosť a údržba termočlánkov sú však potrebné pre dobrý dlhodobý výkon.
Výhody a nevýhody termočlánkov
Termočlánky sú jednoduché, robustné, ľahko sa vyrábajú a sú relatívne lacné. Môžu byť vyrobené z veľmi jemného drôtu na meranie teploty drobných predmetov, napríklad hmyzu. Termočlánky sú užitočné vo veľmi širokom rozsahu teplôt a môžu sa vkladať do zložitých miest, ako sú telesné dutiny alebo zneužívajúce prostredie, ako sú jadrové reaktory.
Pre všetky tieto výhody je potrebné zvážiť nevýhody termočlánkov pred ich použitím. Výstup na úrovni milivoltov vyžaduje dodatočnú zložitosť starostlivo navrhnutej elektroniky, a to tak pre referenciu bodu ľadu, ako aj pre zosilnenie malého signálu.
Odozva nízkeho napätia je navyše citlivá na hluk a rušenie okolitých elektrických zariadení. Na dosiahnutie dobrých výsledkov môžu termočlánky vyžadovať uzemnené tienenie. Presnosť je obmedzená na približne 1 ° C a môže byť ďalej znížená koróziou spoja alebo drôtov.
Použitie termočlánkov
Výhody termočlánkov viedli k ich začleneniu do širokého spektra situácií, od ovládania domácich pecí až po sledovanie teploty lietadiel, kozmických lodí a satelitov. Pece a autoklávy používajú termočlánky, rovnako ako lisy a formy na výrobu.
Mnoho termočlánkov môže byť spolu zapojených do série, aby sa vytvoril termopól, ktorý vytvára vyššie napätie v reakcii na teplotu ako jediný termočlánok. Termopily sa používajú na výrobu citlivých zariadení na detekciu infračerveného žiarenia. Termopily môžu tiež vyrábať energiu pre vesmírne sondy z tepla rádioaktívneho rozkladu v termoelektrickom generátore rádioizotopov.