Vad är ett termoelement: Arbetsprincip och dess tillämpningar

År 1821 avslöjade en fysiker, 'Thomas Seebeck', att när två olika metalltrådar var kopplade i båda ändarna av en korsning i en krets när temperaturen applicerades på korsningen, kommer det att finnas ett strömflöde genom kretsen vilket är känt som elektromagnetiskt fält (EMF). Den energi som produceras av kretsen heter Seebeck-effekten. Med hjälp av Thomas Seebecks effekt som riktlinje samarbetades båda italienska fysikerna, nämligen Leopoldo Nobili och Macedonio Melloni för att designa ett termoelektriskt batteri år 1826, som kallas en termisk multiplikator, det drog från upptäckten av Seebecks termoelektricitet genom att slå samman galvanometer samt en termopil för att beräkna strålning. För hans ansträngning identifierade vissa människor Nobili som upptäckaren av termoelementet.

Vad är ett termoelement?

Termoelementet kan definieras som ett slags temperatur sensor som används för att mäta temperaturen vid en specifik punkt i form av EMF eller en elektrisk ström. Denna sensor består av två olika metalltrådar som är anslutna ihop vid en korsning. Temperaturen kan mätas vid denna korsning och temperaturförändringen hos metalltråden stimulerar spänningarna.

Termoelement

Mängden EMF som genereras i enheten är mycket liten (millivolt), så mycket känsliga enheter måste användas för att beräkna den emf som produceras i kretsen. De vanliga enheterna som används för att beräkna e.m.f är spänningsbalanseringspotentiometer och den vanliga galvanometern. Från dessa två används en balanseringspotentiometer fysiskt eller mekaniskt.

Arbetsprincip för termoelement

De termoelementprincip beror främst på de tre effekterna, nämligen Seebeck, Peltier och Thompson.

Se beck-effekt

Denna typ av effekt förekommer bland två olika metaller. När värmen tillhör någon av metalltrådarna levererar elektronflödet från varm metalltråd till kall metalltråd. Därför stimulerar likström kretsen.

Peltier-effekt

Denna Peltier-effekt är motsatt Seebeck-effekten. Denna effekt säger att temperaturskillnaden kan bildas mellan två olika ledare genom att tillämpa den potentiella variationen bland dem.

Thompson-effekt

Denna effekt säger att när två olika metaller fixeras ihop och om de bildar två fogar inducerar spänningen den totala ledarens längd på grund av temperaturgradienten. Detta är ett fysiskt ord som visar förändringen i hastighet och temperaturriktning i en exakt position.

Konstruktion av termoelement

Anordningens konstruktion visas nedan. Den består av två olika metalltrådar som är sammankopplade i korsningsänden. Korsningen tänker som mätänden. Korsningens ände klassificeras i tre typer, nämligen ojordad, jordad och exponerad korsning.

Termoelementkonstruktion

Ungrounded-Junction

I denna typ av förbindning är ledarna helt separerade från skyddskåpan. Tillämpningarna för denna korsning innefattar främst högtrycksapplikationsarbeten. Den största fördelen med att använda den här funktionen är att minska effekten av magnetiskt fält.

Jordad korsning

I denna typ av förbindning är metalltrådarna såväl som skyddslocket anslutna till varandra. Denna funktion används för att mäta temperaturen i den sura atmosfären och ger motstånd mot bullret.

Exposed-Junction

Den exponerade korsningen är tillämplig i de områden där ett snabbt svar krävs. Denna typ av korsning används för att mäta gastemperaturen. Metallen som används för att tillverka temperaturgivaren beror i princip på det beräknade temperaturområdet.

Generellt är ett termoelement utformat med två olika metalltrådar, nämligen järn och konstantan, som gör detekteringselementet genom att ansluta vid en korsning som kallas en varm korsning. Detta består av två korsningar, en korsning är ansluten med en voltmeter eller sändare där den kalla korsningen och den andra korsningen är associerade i en process som kallas en het korsning.

Hur fungerar ett termoelement?

De termoelementdiagram visas på bilden nedan. Denna krets kan byggas med två olika metaller och de kopplas ihop genom att generera två korsningar. De två metallerna omges av anslutningen genom svetsning.

I ovanstående diagram betecknas korsningarna med P & Q och temperaturerna betecknas med T1, & T2. När temperaturen på korsningen skiljer sig från varandra genereras den elektromagnetiska kraften i kretsen.

Termoelementkrets

Om det tempererade vid korsningsänden blir ekvivalent, alstras motsvarigheten, liksom omvänd elektromagnetisk kraft, i kretsen och det finns inget strömflöde genom den. På samma sätt blir temperaturen vid korsningsänden obalanserad, då inducerar den potentiella variationen i denna krets.

Storleken på den elektromagnetiska kraft som induceras i kretsen är beroende av de typer av material som används för tillverkning av termoelement. Hela strömflödet genom kretsen beräknas av mätverktygen.

Den elektromagnetiska kraften som induceras i kretsen beräknas med följande ekvation

E = a (∆Ө) + b (∆Ө) 2

Där ∆Ө är temperaturskillnaden mellan den varma termoelementförslutningsänden liksom referenstermoelementförslutningsänden, är a & b konstanter

Termoelementstyper

Innan vi går in på en diskussion om termoelementtyper måste man överväga att termoelement måste skyddas i ett skyddande fall för att isolera från atmosfärstemperaturerna. Täckningen minimerar korrosionspåverkan på enheten avsevärt.

Så det finns många typer av termoelement. Låt oss ta en detaljerad titt på dessa.

Skriv K - Detta kallas också termoelement av typ Nickel-krom / nickel-aluminium. Det är den mest använda typen. Den har funktionerna förbättrad tillförlitlighet, precision och billig och kan fungera i utökade temperaturintervall.

K-typ

Temperaturintervallen är:

Ledning av termoelement - -454F till 2300F (-270⁰C till 1260⁰C)

Förlängningskabel (0⁰C till 200⁰C)

Denna K-typ har en noggrannhetsnivå på

Standard +/- 2.2C eller +/- 0.75% och specialgränserna är +/- 1.1C eller 0.4%

Skriv J - Det är en blandning av Iron / Constantan. Detta är också den mest använda typen av termoelement. Den har funktionerna med förbättrad tillförlitlighet, precision och billig. Enheten kan endast användas i lägre temperaturintervall och har en kort livslängd när den används vid ett högt temperaturområde.

J Typ

Temperaturintervallen är:

Kabel av termoelement - -346F till 1400F (-210⁰C till 760⁰C)

Förlängningskabel (0⁰C till 200⁰C)

Denna J-typ har en noggrannhetsnivå på

Standard +/- 2.2C eller +/- 0.75% och specialgränserna är +/- 1.1C eller 0.4%

Typ T - Det är en blandning av koppar / Constantan. Termoelementet av T-typ har ökad stabilitet och är vanligtvis implementerat för applikationer med lägre temperatur som frysar med låg temperatur och kryogenik.

T-typ

Temperaturintervallen är:

Ledning av termoelement - -454F till 700F (-270⁰C till 370⁰C)

Förlängningskabel (0⁰C till 200⁰C)

Denna T-typ har en noggrannhetsnivå på

Standard +/- 1.0C eller +/- 0.75% och specialgränserna är +/- 0.5C eller 0.4%

Typ E - Det är en blandning av Nickel-Chromium / Constantan. Den har större signalförmåga och förbättrad noggrannhet jämfört med den för typ K- och J-termoelement när den används vid ≤ 1000F.

E Typ

Temperaturintervallen är:

Ledning av termoelement - -454F till 1600F (-270⁰C till 870⁰C)

Förlängningskabel (0⁰C till 200⁰C)

Denna T-typ har en noggrannhetsnivå på

Standard +/- 1.7C eller +/- 0.5% och specialgränserna är +/- 1.0C eller 0.4%

Typ N - Det betraktas som antingen Nicrosil eller Nisil termoelement. Temperatur- och noggrannhetsnivåerna för typ N liknar typ K. Men den här typen är dyrare än typ K.

N-typ

Temperaturintervallen är:

Ledning av termoelement - -454F till 2300F (-270⁰C till 392⁰C)

Förlängningskabel (0⁰C till 200⁰C)

Denna T-typ har en noggrannhetsnivå på

Standard +/- 2.2C eller +/- 0.75% och specialgränserna är +/- 1.1C eller 0.4%

Typ S - Det betraktas som antingen platina / rodium eller 10% / platina termoelement. S-typ av termoelement är extremt implementerat för applikationer med höga temperaturområden som i bioteknik och apoteksorganisationer. Det används även för applikationer med lägre temperaturintervall på grund av dess ökade precision och stabilitet.

S Typ

Temperaturintervallen är:

Ledning av termoelement - -58F till 2700F (-50⁰C till 1480⁰C)

Förlängningskabel (0⁰C till 200⁰C)

Denna T-typ har en noggrannhetsnivå på

Standard +/- 1.5C eller +/- 0.25% och specialgränserna är +/- 0.6C eller 0.1%

Typ R - Det betraktas som antingen platina / rodium eller 13% / platina termoelement. S-typ av termoelement är extremt implementerat för applikationer med hög temperatur. Denna typ ingår med en högre mängd Rhodium än typ S som gör enheten dyrare. Funktionerna och prestanda för typ R och S är nästan lika. Det används även för applikationer med lägre temperaturintervall på grund av dess ökade precision och stabilitet.

R Typ

Temperaturintervallen är:

Ledning av termoelement - -58F till 2700F (-50⁰C till 1480⁰C)

Förlängningskabel (0⁰C till 200⁰C)

Denna T-typ har en noggrannhetsnivå på

Standard +/- 1.5C eller +/- 0.25% och specialgränserna är +/- 0.6C eller 0.1%

Typ B - Det anses antingen 30% av Platinum Rhodium eller 60% av Platinum Rhodium termoelement. Detta används i stor utsträckning i de högre temperaturområdena. Av alla ovan nämnda typer har typ B den högsta temperaturgränsen. Vid högre temperaturnivåer kommer termoelement av typ B att hålla ökad stabilitet och noggrannhet.

B-typ

Temperaturintervallen är:

Kabel av termoelement - 32F till 3100F (0⁰C till 1700⁰C)

Förlängningskabel (0⁰C till 100⁰C)

Denna T-typ har en noggrannhetsnivå på

Standard +/- 0,5%

Typerna S, R och B anses vara ädelmetalltermoelement. Dessa väljs eftersom de kan fungera även vid höga temperaturområden vilket ger stor noggrannhet och lång livslängd. Men jämfört med basmetalltyper är dessa dyrare.

När man väljer ett termoelement måste man ta hänsyn till många faktorer som passar deras applikationer.

• Kontrollera vilka låga och höga temperaturområden som krävs för din applikation?
• Vilken budget för termoelementet som ska användas?
• Hur stor noggrannhet ska användas?
• Under vilka atmosfäriska förhållanden fungerar termoelementet såsom inert gasformigt eller oxiderande
• Vilken svarsnivå förväntas det, vilket innebär att hur snabbt enheten behöver reagera på temperaturförändringarna?
• Vad är livstidsperioden som krävs?
• Kontrollera före användning att enheten är nedsänkt i vatten eller inte och till vilken djupnivå?
• Kommer användningen av termoelementet att vara intermittent eller kontinuerligt?
• Kommer termoelementet att utsättas för vridning eller böjning under hela enhetens livstid?

Hur vet du om du har ett dåligt termoelement?

För att veta om ett termoelement fungerar perfekt måste man testa enheten. Innan du går med utbyte av enheten måste man kontrollera att den faktiskt fungerar eller inte. För att göra detta räcker det med en multimeter och grundläggande kunskaper om elektronik. Det finns huvudsakligen tre metoder för att testa termoelementet med en multimeter och de förklaras som nedan:

Motståndstest

För att utföra detta test måste enheten placeras i en gasapparatledning och den utrustning som krävs är digitala multimeter- och krokodilklämmor.

Procedur - Anslut krokodilklämmorna till sektionerna i multimetern. Fäst klämmorna i båda ändarna av termoelementet där den ena änden kommer att vikas in i gasventilen. Slå nu på multimetern och anteckna läsalternativen. Om multimetern visar ohm i liten ordning är termoelementet i perfekt skick. Annars när avläsningen är 40 ohm eller mer, är den inte i gott skick.

Öppna kretsprov

Här är utrustningen krokodilklämmor, en tändare och en digital multimeter. Här beräknas spänningen istället för att mäta motståndet. Nu, med den lättare värmen upp ena änden av termoelementet. När multimetern visar spänning i området 25-30 mV, fungerar den som den ska. Annars, när spänningen är nära 20mV, måste enheten bytas ut.

Test av sluten krets

Här används utrustningen krokodilklämmor, termoelementadapter och digital multimeter. Här placeras adaptern inuti gasventilen och sedan placeras termoelementet på ena kanten av adaptern. Slå nu på multimetern. När avläsningen ligger i intervallet 12-15 mV är enheten i rätt skick. Annars när spänningsavläsningen sjunker under 12 mV, indikerar det en defekt enhet.

Så med hjälp av ovanstående testmetoder kan man ta reda på om ett termoelement fungerar korrekt eller inte.

Vad är skillnaden mellan termostat och termoelement?

Skillnaderna mellan termostat och termoelement är:

Fördelar och nackdelar

Fördelarna med termoelement inkluderar följande.

• Noggrannheten är hög
• Den är robust och kan användas i miljöer som hårda och höga vibrationer.
• Den termiska reaktionen är snabb
• Temperaturens arbetsområde är stort.
• Brett driftstemperaturområde
• Kostnaden är låg och extremt konsekvent

Nackdelarna med termoelement inkluderar följande.

• Icke-linjäritet
• Minst stabilitet
• Låg spänning
• Referens krävs
• minst känslighet
• Omkalibreringen av termoelementet är svår

Applikationer

Några av tillämpningar av termoelement inkluderar följande.

• Dessa används som temperatursensorer i termostater på kontor, hem, kontor och företag.
• Dessa används i industrier för att övervaka temperaturer på metaller i järn, aluminium och metall.
• Dessa används i livsmedelsindustrin för kryogena och lågtemperaturapplikationer. Termoelement används som värmepump för termoelektrisk kylning.
• Dessa används för att testa temperaturen i kemiska anläggningar, petroleumanläggningar.
• Dessa används i gasmaskiner för att detektera pilotflamman.

Vad är skillnaden mellan RTD och termoelement?

Det andra främsta som måste beaktas när det gäller termoelementet är hur det skiljer sig från RTD-enheten. Så förklarar tabellen skillnaderna mellan RTD och termoelement.

Vad är livslängden?

De termoelementets livslängd baseras på applikationen när den används. Så man kan inte specifikt förutsäga termoelementets livstid. När enheten underhålls ordentligt har enheten en lång livslängd. Efter kontinuerlig användning kan de skadas på grund av åldringseffekten.

Och på grund av detta kommer uteffekten att sänkas och signalerna har dålig effektivitet. Priset på termoelementet är inte heller högt. Så det rekommenderas mer att modifiera termoelementet var 2-3: e år. Detta är svaret på vad är livslängden för ett termoelement ?

Således handlar det här om en översikt av termoelementet. Av ovanstående information kan vi slutligen dra slutsatsen att mätningen av termoelementutgång kan beräknas med hjälp av metoder som en multimeter, potentiometer och förstärkare av utgångsenheter. Huvudsyftet med termoelementet är att bygga konsekventa och direkta temperaturmätningar i flera olika applikationer.