Inhoud
- Soorten thermokoppels
- Beperkingen van thermokoppels
- Voor- en nadelen van thermokoppels
- Toepassingen van thermokoppels
Thermokoppels zijn eenvoudige temperatuursensoren die overal in de wetenschap en de industrie worden gebruikt. Ze bestaan uit twee draden van ongelijksoortige metalen die op een enkel punt of kruispunt met elkaar zijn verbonden, meestal gelast voor robuustheid en betrouwbaarheid.
Aan de open kringuiteinden van deze draden genereert een thermokoppel een spanning in reactie op de junctietemperatuur, het resultaat van een fenomeen genaamd het Seebeck-effect, ontdekt in 1821 door de Duitse fysicus Thomas Seebeck.
Soorten thermokoppels
Twee draden van verschillende metalen in contact zullen een spanning produceren wanneer ze worden verwarmd; bepaalde combinaties van legeringen zijn echter standaard vanwege hun outputniveau, stabiliteit en chemische eigenschappen.
De meest voorkomende zijn "basismetalen" thermokoppels, gemaakt met ijzer of legeringen van nikkel en andere elementen, en staan bekend als typen J, K, T, E en N, afhankelijk van de samenstelling.
'Edelmetaal'-thermokoppels, gemaakt van platina-rhodium en platinadraden voor gebruik bij hogere temperaturen, staan bekend als typen R, S en B. Afhankelijk van het type kunnen thermokoppels temperaturen meten van ongeveer -270 graden Celsius tot 1.700 C of hoger ( ongeveer -454 graden Fahrenheit tot 3.100 F of hoger).
Beperkingen van thermokoppels
De voor- en nadelen van thermokoppels zijn afhankelijk van de situatie en het is belangrijk om eerst hun beperkingen te begrijpen. De output van een thermokoppel is erg klein, meestal slechts rond 0,001 volt bij kamertemperatuur, en neemt toe naarmate de temperatuur stijgt. Elk type heeft zijn eigen vergelijking om spanning om te zetten in temperatuur. De relatie is geen rechte lijn, dus deze vergelijkingen zijn enigszins complex, met veel termen. Desondanks zijn thermokoppels op zijn best beperkt tot nauwkeurigheid van ongeveer 1 C of ongeveer 2 F.
Om een gekalibreerd resultaat te krijgen, moet de spanning van het thermokoppel worden vergeleken met een referentiewaarde, die ooit een ander thermokoppel was, ondergedompeld in een ijswaterbad. Dit apparaat creëert een "koude overgang" bij 0 ° C of 32 ° F, maar het is duidelijk onhandig en onhandig. Moderne elektronische referentiepunten voor ijspunten hebben ijswater universeel vervangen en het gebruik van thermokoppels in draagbare toepassingen mogelijk gemaakt.
Omdat thermokoppels het contact van twee ongelijksoortige metalen vereisen, zijn ze onderhevig aan corrosie, wat hun kalibratie en nauwkeurigheid kan beïnvloeden. In ruwe omgevingen wordt de kruising meestal beschermd in een stalen mantel, die voorkomt dat vocht of chemicaliën de draden beschadigen. Toch zijn verzorging en onderhoud van thermokoppels noodzakelijk voor goede prestaties op lange termijn.
Voor- en nadelen van thermokoppels
Thermokoppels zijn eenvoudig, robuust, gemakkelijk te produceren en relatief goedkoop. Ze kunnen worden gemaakt met extreem fijne draad om de temperatuur van kleine objecten zoals insecten te meten. Thermokoppels zijn nuttig over een zeer breed temperatuurbereik en kunnen worden ingebracht in moeilijke locaties zoals lichaamsholtes of beledigende omgevingen zoals kernreactoren.
Voor al deze voordelen moeten de nadelen van thermokoppels worden overwogen voordat ze worden toegepast. De millivolt niveau-uitgang vereist de extra complexiteit van zorgvuldig ontworpen elektronica, zowel voor de ijspuntreferentie als voor de versterking van het kleine signaal.
Bovendien is de laagspanningsreactie gevoelig voor ruis en interferentie van omringende elektrische apparaten. Thermokoppels hebben mogelijk geaarde afscherming nodig voor goede resultaten. De nauwkeurigheid is beperkt tot ongeveer 1 C (ongeveer 2 F) en kan verder worden verminderd door corrosie van de verbinding of de draden.
Toepassingen van thermokoppels
De voordelen van thermokoppels hebben ertoe geleid dat ze in een breed scala van situaties zijn ingebouwd, van het regelen van huishoudelijke ovens tot het bewaken van de temperatuur van vliegtuigen, ruimtevaartuigen en satellieten. Ovens en autoclaven gebruiken thermokoppels, evenals persen en matrijzen voor de productie.
Veel thermokoppels kunnen in serie met elkaar worden verbonden om een thermozuil te creëren, die een hogere spanning produceert in reactie op temperatuur dan een enkel thermokoppel. Thermopiles worden gebruikt om gevoelige apparaten te maken voor het detecteren van infraroodstraling. Thermozuilen kunnen ook stroom genereren voor ruimtesondes door de hitte van radioactief verval in een radio-isotoop thermo-elektrische generator.