Što je termoelement: Načelo rada i njegove primjene

Što je termoelement: Načelo rada i njegove primjene

Godine 1821. fizičar, naime 'Thomas Seebeck' otkrio je da će, kada su dvije različite metalne žice povezane na oba kraja jednog spoja u krugu kada se temperatura primijeni na spoj, doći do strujanja kroz sklop koje je poznato kao elektromagnetsko polje (EMF). Energija koju krug proizvodi naziva se Seebeckovim efektom. Koristeći učinak Thomasa Seebecka kao smjernice, obojica talijanskih fizičara, naime Leopoldo Nobili i Macedonio Melloni, surađivali su u dizajniranju termoelektrične baterije 1826. godine, koja se naziva toplinski multiplikator, što je izvuklo iz otkrića Seebeckove termoelektričnosti spajanjem galvanometar kao i termopilom za izračunavanje zračenja. Zbog njegova napora neki su ljudi identificirali Nobilija kao otkrivača termoelementa.



Što je termoelement?

Termoelement se može definirati kao vrsta temperature senzor koja se koristi za mjerenje temperature u određenoj točki u obliku EMR-a ili električne struje. Ovaj senzor sadrži dvije različite metalne žice koje su povezane na jednom spoju. Na ovom se spoju može izmjeriti temperatura, a promjena temperature metalne žice potiče napone.


Termoelement

Termoelement





Količina EMF-a koji se generira u uređaju je vrlo mala (milivolti), tako da se vrlo osjetljivi uređaji moraju koristiti za izračunavanje e.m.f proizvedenog u krugu. Uobičajeni uređaji koji se koriste za izračunavanje e.m.f su potenciometar za uravnoteženje napona i obični galvanometar. Od ove dvije, potenciometar za uravnoteženje koristi se fizički ili mehanički.

Princip rada termoelementa

The princip termoelementa uglavnom ovisi o tri učinka, a to su Seebeck, Peltier i Thompson.



Vidi beck-efekt

Ova vrsta učinka javlja se među dva različita metala. Kada toplina nudi bilo koju od metalnih žica, tada protok elektrona dovodi od vruće metalne žice do hladne metalne žice. Stoga istosmjerna struja stimulira krug.


Peltierov efekt

Ovaj Peltierov efekt suprotan je Seebeckovom efektu. Ovaj efekt navodi da se razlika temperature može stvoriti između bilo koja dva različita vodiča primjenom potencijalnih varijacija među njima.

Thompsonov efekt

Ovaj efekt navodi da se, kako se dva različita metala fiksiraju zajedno, a ako čine dva spoja, napon inducira ukupnu duljinu vodiča zbog gradijenta temperature. Ovo je fizička riječ koja pokazuje promjenu brzine i smjera temperature na točnom položaju.

Izgradnja termoelementa

Konstrukcija uređaja prikazana je u nastavku. Sastoji se od dvije različite metalne žice i one su povezane na kraju spoja. Spoj misli kao mjerni kraj. Kraj spoja klasificiran je u tri tipa, naime neuzemljeni, uzemljeni i izloženi spoj.

Izgradnja termoparova

Izgradnja termoparova

Neutemeljeni spoj

U ovoj vrsti spoja, vodiči su potpuno odvojeni od zaštitnog poklopca. Primjene ovog spoja uglavnom uključuju radove pod visokim tlakom. Glavna je korist korištenja ove funkcije smanjenje učinka zalutalog magnetskog polja.

Uzemljeni spoj

U ovoj vrsti spoja metalne žice, kao i zaštitni poklopac, povezane su zajedno. Ova se funkcija koristi za mjerenje temperature u kiseloj atmosferi i pruža otpor buci.

Izloženo-spoj

Izloženi spoj primjenjiv je u područjima gdje je potreban brzi odgovor. Ova vrsta spoja koristi se za mjerenje temperature plina. Metal koji se koristi za izradu temperaturnog senzora u osnovi ovisi o proračunskom rasponu temperature.

Općenito, termoelement je dizajniran s dvije različite metalne žice, naime željezo i konstantan, koje čine detekcijski element spajanjem na jednom spoju koji je nazvan vrućim spojem. Sastoje se od dva spoja, jedan spoj spojen je voltmetrom ili odašiljač gdje je hladni spoj i drugi spoj povezan u procesu koji se naziva vrući spoj.

Kako djeluje termoelement?

The dijagram termoelementa prikazan je na donjoj slici. Ovaj se krug može graditi s dva različita metala, a oni se spajaju generiranjem dva spoja. Dva metala okružena su vezom zavarivanjem.

U gornjem dijagramu spojevi su označeni s P & Q, a temperature s T1 i T2. Kad se temperatura spoja međusobno razlikuje, tada u krugu nastaje elektromagnetska sila.

Krug termoelementa

Krug termoelementa

Ako se umjerena temperatura na kraju spoja pretvori u ekvivalent, tada u krugu nastaje ekvivalent, kao i reverzna elektromagnetska sila, i kroz njega nema protoka struje. Slično tome, temperatura na kraju spoja postaje neuravnotežena, a zatim potencijalna varijacija izaziva u ovom krugu.

Veličina elektromagnetske sile koja se inducira u krugu oslanja se na vrste materijala koji se koriste za izradu termoparova. Cjelokupni protok struje kroz krug izračunavaju se pomoću mjernih alata.

Elektromagnetska sila inducirana u krugu izračunava se prema sljedećoj jednadžbi

E = a (∆Ө) + b (∆Ө) 2

Gdje je ∆Ө temperaturna razlika između kraja vrućeg priključka termoelementa, kao i referentnog kraja spoja termoelementa, a & b su konstante

Vrste termoelemenata

Prije nego što počnemo s raspravom o vrstama termoelemenata, treba uzeti u obzir da termoelement treba zaštititi u zaštitnom kućištu kako bi se izolirao od atmosferskih temperatura. Ovaj pokrov će značajno smanjiti utjecaj korozije na uređaj.

Dakle, postoji mnogo vrsta termoelemenata. Dopustite nam da ih detaljno pogledamo.

Tip K - Ovo se naziva i termoelementom nikal-krom / nikal-alumel. To je najčešće korišten tip. Ima značajke poboljšane pouzdanosti, preciznosti i jeftine, a može raditi u produljenim rasponima temperatura.

K vrsta

K vrsta

Rasponi temperature su:

Žica za termoelemente - -454F do 2300F (-2700C do 12600C)

Produžna žica (00C do 2000C)

Ovaj K-tip ima razinu točnosti

Standardno +/- 2,2C ili +/- 0,75%, a posebna ograničenja su +/- 1,1C ili 0,4%

Tip J - To je mješavina željeza / konstantana. Ovo je ujedno i najčešće korištena vrsta termoelementa. Ima značajke povećane pouzdanosti, preciznosti i jeftine. Ovim se uređajem može rukovati samo u manjim temperaturnim rasponima i ima kratak vijek trajanja kada se radi pri visokom rasponu temperatura.

J Tip

J Tip

Rasponi temperature su:

Žica termoelementa - -346F do 1400F (-2100C do 7600C)

Produžna žica (00C do 2000C)

Ovaj tip J ima razinu točnosti

Standardno +/- 2,2C ili +/- 0,75%, a posebna ograničenja su +/- 1,1C ili 0,4%

Tip T - To je mješavina bakra / konstantana. Termoelement T tipa ima povećanu stabilnost i općenito se primjenjuje za primjene na nižim temperaturama poput zamrzivača na ultra niskim temperaturama i kriogenike.

Tip T

Tip T

Rasponi temperature su:

Žica za termoelemente - -454F do 700F (-2700C do 3700C)

Produžna žica (00C do 2000C)

Ovaj T-tip ima razinu točnosti

Standardno +/- 1,0C ili +/- 0,75%, a posebna ograničenja su +/- 0,5C ili 0,4%

Tip E - To je mješavina nikla-kroma / konstantana. Ima veću sposobnost signala i poboljšanu preciznost u usporedbi s onom kod termoparova tipa K i J kada rade na ≤ 1000F.

Tip E

Tip E

Rasponi temperature su:

Žica termoelementa - -454F do 1600F (-2700C do 8700C)

Produžna žica (00C do 2000C)

Ovaj T-tip ima razinu točnosti

Standardno +/- 1,7C ili +/- 0,5%, a posebna ograničenja su +/- 1,0C ili 0,4%

Tip N - Smatra se ili termoelementom Nicrosil ili Nisil. Razine temperature i točnosti tipa N slične su tipu K. Ali ovaj je tip skuplji od tipa K.

Tip N

Tip N

Rasponi temperature su:

Žica za termoelemente - -454F do 2300F (-2700C do 3920C)

Produžna žica (00C do 2000C)

Ovaj T-tip ima razinu točnosti

Standardno +/- 2,2C ili +/- 0,75%, a posebna ograničenja su +/- 1,1C ili 0,4%

Tip S - Smatra se ili termoelementom Platina / Rodij ili 10% / Platina. Tip S termoelementa izuzetno je implementiran za primjenu u područjima visokih temperatura, poput Biotecha i ljekarničkih organizacija. Čak se koristi i za primjene u manjim temperaturnim rasponima zbog povećane preciznosti i stabilnosti.

S tip

S tip

Rasponi temperature su:

Žica termoelementa - -58F do 2700F (-500C do 14800C)

Produžna žica (00C do 2000C)

Ovaj T-tip ima razinu točnosti

Standardno +/- 1,5C ili +/- 0,25%, a posebna ograničenja su +/- 0,6C ili 0,1%

Tip R - Smatra se ili termoelementom Platina / Rodij ili 13% / Platina. Tip S termoelementa izuzetno je izveden za primjenu u području visokih temperatura. Ova vrsta uključuje veću količinu rodija od tipa S što uređaj čini skupljim. Značajke i performanse tipa R i S gotovo su slične. Čak se koristi i za primjene u manjim temperaturnim rasponima zbog povećane preciznosti i stabilnosti.

R tip

R tip

Rasponi temperature su:

Žica termoelementa - -58F do 2700F (-500C do 14800C)

Produžna žica (00C do 2000C)

Ovaj T-tip ima razinu točnosti

Standardno +/- 1,5C ili +/- 0,25%, a posebna ograničenja su +/- 0,6C ili 0,1%

Tip B - Smatra se ili 30% termoelementa Platinum Rhodium ili 60% Platinum Rhodium. To se široko koristi u višim rasponima temperatura. Od svih gore navedenih tipova, tip B ima najvišu temperaturnu granicu. Na razinama s povećanim temperaturama, termoelement tipa B zadržat će povećanu stabilnost i točnost.

Tip B

Tip B

Rasponi temperature su:

Žica termoelementa - 32F do 3100F (00C do 17000C)

Produžna žica (00C do 1000C)

Ovaj T-tip ima razinu točnosti

Standardno +/- 0,5%

Tipovi S, R i B smatraju se termoelementima plemenitih metala. Oni su izabrani jer mogu funkcionirati čak i pri rasponima visokih temperatura pružajući veliku točnost i dug vijek trajanja. Ali, u usporedbi s vrstama osnovnih metala, one su skuplje.

Prilikom odabira termoelementa treba uzeti u obzir mnoge čimbenike koji odgovaraju njihovoj primjeni.

  • Provjerite koji su rasponi niskih i visokih temperatura potrebni za vašu primjenu?
  • Koji proračun termoelementa treba koristiti?
  • Koji postotak točnosti treba koristiti?
  • U kojim atmosferskim uvjetima radi termoelement kao što je inertni plinoviti ili oksidirajući
  • Koja je razina očekivanog odziva, što znači da koliko brzo uređaj treba reagirati na promjene temperature?
  • Koje je životno razdoblje potrebno?
  • Prije operacije provjerite je li uređaj uronjen u vodu ili nije i do koje razine dubine?
  • Hoće li upotreba termoelementa biti povremena ili kontinuirana?
  • Hoće li termoelement biti podvrgnut uvijanju ili savijanju tijekom cijelog životnog vijeka uređaja?

Kako znati imate li loš termoelement?

Da bi se znalo radi li termoelement savršeno, treba izvršiti ispitivanje uređaja. Prije nego što krenete s zamjenom uređaja, morate provjeriti radi li on stvarno ili ne. Da biste to učinili, u potpunosti su dovoljni multimetar i osnovno znanje elektronike. Postoje uglavnom tri pristupa ispitivanju termoelementa pomoću multimetra, a oni su objašnjeni na sljedeći način:

Ispitivanje otpora

Da bi se izveo ovaj test, uređaj se mora postaviti u liniju plinskih uređaja, a potrebna oprema su digitalni multimetar i krokodilove kopče.

Postupak - Spojite krokodilove kopče na dijelove multimetra. Pričvrstite kopče na oba kraja termoelementa gdje će jedan kraj biti preklopljen u plinski ventil. Sada uključite multimetar i zabilježite mogućnosti čitanja. Ako multimetar prikazuje ome u malom redoslijedu, tada je termoelement u savršenom radnom stanju. Inače, kad je očitanje 40 ohma ili više, tada nije u dobrom stanju.

Ispitivanje otvorenog kruga

Ovdje se koristi oprema za krokodile, upaljač i digitalni multimetar. Ovdje se umjesto mjerenja otpora izračunava napon. Sada, upaljačem zagrijte jedan kraj termoelementa. Kada multimetar prikazuje napon u rasponu od 25-30 mV, tada radi ispravno. Inače, kada je napon blizu 20mV, uređaj se mora zamijeniti.

Ispitivanje zatvorenog kruga

Ovdje se koristi oprema za krokodile, adapter za termoelemente i digitalni multimetar. Ovdje se adapter postavlja unutar plinskog ventila, a zatim se termoelement postavlja na jedan rub adaptera. Uključite multimetar. Kada je očitanje u rasponu od 12-15 mV, uređaj je u ispravnom stanju. Inače, kada očitanje napona padne ispod 12mV, to ukazuje na neispravan uređaj.

Dakle, pomoću gornjih metoda ispitivanja može se saznati radi li termoelement ispravno ili ne.

Koja je razlika između termostata i termoelementa?

Razlike između termostata i termoelementa su:

Značajka Termoelement Termostat
Raspon temperature-454 do 32720F-112 do 3020F
Raspon cijenaManjeVisoko
StabilnostPruža manje stabilnostiPruža srednju stabilnost
OsjetljivostTermoelement ima manju osjetljivostTermostat nudi najbolju stabilnost
LinearnostUmjerenoJadno
Trošak sustavaVisokoSrednji

Prednosti mane

Prednosti termoelemenata uključuju sljedeće.

  • Točnost je visoka
  • Robustan je i može se koristiti u okruženjima poput jakih i jakih vibracija.
  • Termička reakcija je brza
  • Raspon rada temperature je širok.
  • Širok raspon radnih temperatura
  • Trošak je nizak i izuzetno konzistentan

Mane termoparova uključuju sljedeće.

  • Nelinearnost
  • Najmanje stabilnosti
  • Niski napon
  • Potrebna je referenca
  • najmanje osjetljivost
  • Rekalibracija termoelementa je teška

Prijave

Neki od primjene termoparova uključuju sljedeće.

  • Oni se koriste kao temperaturni senzori u termostatima u uredima, domovima, uredima i tvrtkama.
  • Koriste se u industriji za praćenje temperatura metala u željezu, aluminiju i metalu.
  • Koriste se u prehrambenoj industriji za kriogene i niskotemperaturne primjene. Termoparovi se koriste kao dizalica topline za izvođenje termoelektričnog hlađenja.
  • Koriste se za ispitivanje temperature u kemijskim postrojenjima i naftnim postrojenjima.
  • Koriste se u plinskim strojevima za otkrivanje pilot plamena.

Koja je razlika između RTD i termoelementa?

Druga najvažnija stvar koja se mora uzeti u obzir u slučaju termoelementa je kako se razlikuje od RTD uređaja. Dakle, tabelarno objašnjavaju razlike između RTD-a i termoelementa.

RTD Termoelement
RTD je izrazito pogodan za mjerenje manjeg raspona temperature koji se kreće između (-2000C do 5000C)Termoelement je pogodan za mjerenje većeg raspona temperatura koji se kreću između (-1800C do 23200C)
Za minimalni raspon prebacivanja, on pokazuje povećanu stabilnostOni imaju minimalnu stabilnost, a također rezultati nisu precizni kada se testiraju više puta
Ima veću točnost od termoelementaTermoelement ima manju točnost
Raspon osjetljivosti je veći i može izračunati čak i minimalne promjene temperatureRaspon osjetljivosti je manji i oni ne mogu izračunati minimalne promjene temperature
RTD uređaji imaju dobro vrijeme odzivaTermoparovi pružaju brzi odgovor od RTD-a
Izlaz je linearnog oblikaIzlaz je nelinearnog oblika
Oni su skuplji od termoelemenataTo su ekonomičniji od RTD-a

Što je životni vijek?

The životni vijek termoelementa temelji se na aplikaciji kada se koristi. Dakle, ne može se posebno predvidjeti razdoblje života termoelementa. Kada se uređaj pravilno održava, uređaj će imati dug životni vijek. Dok bi se, nakon kontinuirane uporabe, mogli oštetiti zbog učinka starenja.

I također, zbog toga će se izlazne performanse smanjiti, a signali će imati lošu učinkovitost. Cijena termoelementa također nije visoka. Dakle, više se predlaže izmjena termoelementa svake 2-3 godine. Ovo je odgovor na koliki je životni vijek termoelementa ?

Dakle, ovdje se radi o pregledu termoelementa. Iz gornjih podataka konačno možemo zaključiti da je mjerenje izlaz termoelementa može se izračunati pomoću metoda poput multimetra, potenciometra i pojačala pomoću izlaznih uređaja. Glavna svrha termoelementa je izgradnja dosljednih i izravnih mjerenja temperature u nekoliko različitih primjena.