Hvad er et termoelement: Arbejdsprincip og dets applikationer

Hvad er et termoelement: Arbejdsprincip og dets applikationer

I året 1821 afslørede en fysiker, nemlig “Thomas Seebeck”, at når to forskellige metaltråde var forbundet i begge ender af et kryds i et kredsløb, når temperaturen blev anvendt på krydset, vil der være en strøm af strøm gennem kredsløbet som er kendt som elektromagnetisk felt (EMF). Den energi, der produceres af kredsløbet, hedder Seebeck-effekten. Begge de italienske fysikere, nemlig Leopoldo Nobili og Macedonio Melloni, blev brugt af Thomas Seebecks effekt som retningslinje, og de blev samarbejdet om at designe et termoelektrisk batteri i år 1826, der kaldes en termisk multiplikator, og det trak fra opdagelsen af ​​Seebecks termoelektricitet ved at flette en galvanometer samt en termopil til beregning af stråling. For hans indsats identificerede nogle mennesker Nobili som opdageren af ​​termoelementet.



Hvad er et termoelement?

Termoelementet kan defineres som en slags temperatur sensor der bruges til at måle temperaturen på et bestemt punkt i form af EMF eller en elektrisk strøm. Denne sensor består af to forskellige metaltråde, der er forbundet sammen i et kryds. Temperaturen kan måles ved dette kryds, og ændringen i temperaturen på metaltråden stimulerer spændingerne.


Termoelement

Termoelement





Mængden af ​​genereret EMF i enheden er meget lille (millivolt), så meget følsomme enheder skal bruges til at beregne den fm, der produceres i kredsløbet. De almindelige enheder, der bruges til at beregne e.m.f, er spændingsbalanceringspotentiometer og det almindelige galvanometer. Fra disse to anvendes et balanceringspotentiometer fysisk eller mekanisk.

Termoelementets arbejdsprincip

Det termoelementprincip afhænger hovedsageligt af de tre effekter, nemlig Seebeck, Peltier og Thompson.



Se beck-effekt

Denne type virkning forekommer blandt to forskellige metaller. Når varmen udbydes til en af ​​metaltrådene, forsynes strømmen af ​​elektroner fra varm metaltråd til kold metaltråd. Derfor stimulerer jævnstrøm kredsløbet.


Peltier-effekt

Denne Peltier-effekt er modsat Seebeck-effekten. Denne effekt siger, at temperaturforskellen kan dannes blandt to forskellige ledere ved at anvende den potentielle variation blandt dem.

Thompson-effekt

Denne effekt siger, at når to forskellige metaller fikseres sammen, og hvis de danner to samlinger, inducerer spændingen den samlede lederlængde på grund af temperaturgradienten. Dette er et fysisk ord, der demonstrerer ændringen i temperatur og retning i en nøjagtig position.

Konstruktion af termoelement

Apparatets konstruktion er vist nedenfor. Den består af to forskellige metaltråde, og som er forbundet sammen i krydsenden. Krydsningen tænker som måleenden. Enden af ​​krydset er klassificeret i tre typer, nemlig ujordet, jordet og udsat krydset.

Termoelementkonstruktion

Termoelementkonstruktion

Unrounded-Junction

I denne forbindelsestype er lederne helt adskilt fra beskyttelsesdækslet. Anvendelsen af ​​dette knudepunkt omfatter hovedsageligt højtrykspåføringsværker. Den største fordel ved at bruge denne funktion er at mindske den omstrejfende magnetfelteffekt.

Jordforbindelse

I denne forbindelsestype er metaltrådene såvel som beskyttelsesdækslet forbundet. Denne funktion bruges til at måle temperaturen i den sure atmosfære og giver modstand mod støj.

Exposed-Junction

Det udsatte kryds gælder i de områder, hvor der kræves en hurtig reaktion. Denne type krydsning bruges til at måle gastemperaturen. Det metal, der bruges til at fremstille temperatursensoren, afhænger grundlæggende af det beregnede temperaturområde.

Generelt er et termoelement designet med to forskellige metaltråde, nemlig jern og konstantan, der gør detekteringselement ved at forbinde ved et kryds, der er navngivet som et varmt kryds. Dette består af to kryds, et kryds er forbundet med et voltmeter eller sender hvor det kolde kryds og det andet kryds er forbundet i en proces, der kaldes et varmt kryds.

Hvordan fungerer et termoelement?

Det termoelementdiagram er vist på nedenstående billede. Dette kredsløb kan bygges med to forskellige metaller, og de kobles sammen ved at generere to kryds. De to metaller er omgivet af forbindelsen gennem svejsning.

I ovenstående diagram er krydsene betegnet med P & Q, og temperaturerne er betegnet med T1 og T2. Når krydsetemperaturen er forskellig fra hinanden, genereres den elektromagnetiske kraft i kredsløbet.

Termoelementkredsløb

Termoelementkredsløb

Hvis det tempererede ved krydset slutter til ækvivalent, producerer ækvivalenten såvel som omvendt elektromagnetisk kraft i kredsløbet, og der er ingen strøm gennem det. Tilsvarende bliver temperaturen ved krydsetenden ubalanceret, så inducerer den potentielle variation i dette kredsløb.

Størrelsen af ​​den elektromagnetiske kraft, der induceres i kredsløbet, er afhængig af de slags materialer, der anvendes til fremstilling af termoelement. Hele strømmen gennem kredsløbet beregnes af måleinstrumenterne.

Den elektromagnetiske kraft, der induceres i kredsløbet, beregnes ved hjælp af følgende ligning

E = a (∆Ө) + b (∆Ө) 2

Hvor ∆Ө er temperaturforskellen mellem den varme termoelementkrydsende såvel som reference termoelementkrydsenden, er a & b konstanter

Termoelementtyper

Inden vi går med en diskussion af termoelementtyper, skal det overvejes, at termoelement skal beskyttes i et beskyttende tilfælde for at isolere fra de atmosfæriske temperaturer. Denne dækning minimerer korrosionspåvirkningen på enheden betydeligt.

Så der er mange typer termoelementer. Lad os se nærmere på dem.

Type K - Dette betegnes også som termoelement af typen nikkel-krom / nikkel-aluminium. Det er den mest almindelige type. Det har funktionerne forbedret pålidelighed, præcision og billig og kan fungere i udvidede temperaturområder.

K Type

K Type

Temperaturområdet er:

Ledning af termoelementkvalitet - -454F til 2300F (-2700C til 12600C)

Forlængerledning (00C til 2000C)

Denne K-type har et nøjagtighedsniveau på

Standard +/- 2.2C eller +/- 0.75% og de specielle grænser er +/- 1.1C eller 0.4%

Type J - Det er en blanding af jern / Constantan. Dette er også den mest anvendte type termoelement. Det har funktionerne i forbedret pålidelighed, præcision og billig. Denne enhed kan kun betjenes i mindre temperaturområder og har en kort levetid, når den betjenes ved et højt temperaturområde.

J Type

J Type

Temperaturområdet er:

Ledning af termoelementkvalitet - -346F til 1400F (-2100C til 7600C)

Forlængerledning (00C til 2000C)

Denne J-type har et nøjagtighedsniveau på

Standard +/- 2.2C eller +/- 0.75% og de specielle grænser er +/- 1.1C eller 0.4%

Type T - Det er en blanding af kobber / Constantan. T-typen termoelement har øget stabilitet og implementeres generelt til mindre temperaturanvendelser som frysere med ultra-lav temperatur og kryogenics.

T Type

T Type

Temperaturområdet er:

Ledning af termoelementklasse - -454F til 700F (-2700C til 3700C)

Forlængerledning (00C til 2000C)

Denne T-type har et nøjagtighedsniveau på

Standard +/- 1.0C eller +/- 0.75% og de specielle grænser er +/- 0.5C eller 0.4%

Type E - Det er en blanding af nikkel-krom / Constantan. Det har en større signalevne og forbedret nøjagtighed sammenlignet med den for Type K og J termoelementer, når den betjenes ved ≤ 1000F.

E Type

E Type

Temperaturområdet er:

Ledning af termoelementkvalitet - -454F til 1600F (-2700C til 8700C)

Forlængerledning (00C til 2000C)

Denne T-type har et nøjagtighedsniveau på

Standard +/- 1.7C eller +/- 0.5% og de særlige grænser er +/- 1.0C eller 0.4%

Type N - Det betragtes som enten Nicrosil eller Nisil termoelement. Temperatur og nøjagtighedsniveauer for type N svarer til type K. Men denne type er dyrere end type K.

N Type

N Type

Temperaturområdet er:

Ledning af termoelementkvalitet - -454F til 2300F (-2700C til 3920C)

Forlængerledning (00C til 2000C)

Denne T-type har et nøjagtighedsniveau på

Standard +/- 2.2C eller +/- 0.75% og de specielle grænser er +/- 1.1C eller 0.4%

Type S - Det betragtes som enten platin / rhodium eller 10% / platin termoelement. S-typen termoelement er ekstremt implementeret til applikationer med høje temperaturområder som i Biotech og apotekorganisationer. Det bruges endda til mindre temperaturområder på grund af dets øgede præcision og stabilitet.

S Type

S Type

Temperaturområdet er:

Ledning af termoelementklasse - -58F til 2700F (-500C til 14800C)

Forlængerledning (00C til 2000C)

Denne T-type har et nøjagtighedsniveau på

Standard +/- 1.5C eller +/- 0.25% og de specielle grænser er +/- 0.6C eller 0.1%

Type R - Det betragtes som enten platin / rhodium eller 13% / platin termoelement. S-typen termoelement er ekstremt implementeret til applikationer med høj temperatur. Denne slags er inkluderet med en større mængde Rhodium end Type S, der gør enheden dyrere. Funktionerne og ydeevnen for type R og S er næsten ens. Det bruges endda til mindre temperaturområder på grund af dets øgede præcision og stabilitet.

R Type

R Type

Temperaturområdet er:

Ledning af termoelementklasse - -58F til 2700F (-500C til 14800C)

Forlængerledning (00C til 2000C)

Denne T-type har et nøjagtighedsniveau på

Standard +/- 1.5C eller +/- 0.25% og de specielle grænser er +/- 0.6C eller 0.1%

Type B - Det betragtes som enten 30% af Platinum Rhodium eller 60% af Platinum Rhodium termoelement. Dette bruges i vid udstrækning i det højere interval af temperaturanvendelser. Af alle ovennævnte typer har type B den højeste temperaturgrænse. Ved niveauer med højere temperatur vil termoelement type B have øget stabilitet og nøjagtighed.

B Type

B Type

Temperaturområdet er:

Ledning af termoelementklasse - 32F til 3100F (00C til 17000C)

Forlængerledning (00C til 1000C)

Denne T-type har et nøjagtighedsniveau på

Standard +/- 0,5%

Typerne S, R og B betragtes som ædelmetaltermoelementer. Disse vælges, fordi de kan fungere selv ved høje temperaturområder, hvilket giver stor nøjagtighed og lang levetid. Men sammenlignet med uædle metaltyper er disse dyrere.

Når man vælger et termoelement, skal man overveje mange faktorer, der passer til deres anvendelser.

  • Tjek, hvad er de lave og høje temperaturområder, der er nødvendige for din applikation?
  • Hvilket budget for det termoelement, der skal bruges?
  • Hvilken procentdel af nøjagtighed skal bruges?
  • Under hvilke atmosfæriske forhold fungerer termoelementet, såsom inert gasformigt eller oxiderende
  • Hvad er niveauet for respons, som det forventes, hvilket betyder, at hvor hurtigt enheden skal reagere på temperaturændringerne?
  • Hvad er den krævede levetid?
  • Kontroller inden operationen, at enheden er nedsænket i vand eller ej, og til hvilket dybdeniveau?
  • Vil brugen af ​​termoelementet enten være intermitterende eller kontinuerlig?
  • Vil termoelementet blive udsat for vridning eller bøjning gennem enhedens levetid?

Hvordan ved du, om du har et dårligt termoelement?

For at vide, om et termoelement fungerer perfekt, skal man udføre test af enheden. Inden man går med udskiftningen af ​​enheden, skal man kontrollere, at den rent faktisk fungerer eller ej. For at gøre dette er et multimeter og grundlæggende viden om elektronik helt nok. Der er hovedsageligt tre tilgange til test af termoelementet ved hjælp af et multimeter, og disse forklares som nedenfor:

Modstandstest

For at udføre denne test skal enheden placeres i en gasapparatlinje, og det krævede udstyr er digitalt multimeter og krokodilleklip.

Fremgangsmåde - Tilslut krokodilleklemmerne til sektionerne i multimeteret. Fastgør klemmerne i begge ender af termoelementet, hvor den ene ende foldes ind i gasventilen. Tænd nu multimeteret, og noter læsemulighederne. Hvis multimeteret viser ohm i lille rækkefølge, er termoelementet i perfekt stand. Ellers når aflæsningen er 40 ohm eller mere, er den ikke i god stand.

Åben kredsløbstest

Her er det anvendte udstyr krokodilleklip, en lighter og et digitalt multimeter. Her beregnes spænding i stedet for at måle modstanden. Nu med den lettere varme op i den ene ende af termoelementet. Når multimeteret viser spænding i området 25-30 mV, fungerer det korrekt. Ellers når en spænding er tæt på 20mV, skal enheden udskiftes.

Test af lukket kredsløb

Her er det anvendte udstyr krokodilleklip, termoelementadapter og digitalt multimeter. Her placeres adapteren inde i gasventilen, og derefter placeres termoelementet på adapterens ene kant. Tænd nu multimeteret. Når aflæsningen er i området 12-15 mV, er enheden i god stand. Ellers når spændingsaflæsningen falder til under 12 mV, indikerer det en defekt enhed.

Så ved hjælp af ovenstående testmetoder kan man finde ud af, om et termoelement fungerer korrekt eller ej.

Hvad er forskellen mellem termostat og termoelement?

Forskellene mellem termostat og termoelement er:

Funktion Termoelement Termostat
Temperaturområde-454 til 32720F-112 til 3020F
PrisklasseMindreHøj
StabilitetGiver mindre stabilitetGiver medium stabilitet
FølsomhedTermoelement har mindre følsomhedTermostat giver den bedste stabilitet
LineæritetModeratFattige
SystemomkostningerHøjMedium

Fordele ulemper

Fordelene ved termoelementer inkluderer følgende.

  • Nøjagtigheden er høj
  • Det er robust og kan bruges i miljøer som barske såvel som høje vibrationer.
  • Den termiske reaktion er hurtig
  • Temperaturens driftsområde er bredt.
  • Bredt driftstemperaturområde
  • Omkostningerne er lave og ekstremt konsekvente

Ulemperne ved termoelementer inkluderer følgende.

  • Ikke-linearitet
  • Mindst stabilitet
  • Lav spænding
  • Reference er påkrævet
  • mindst følsomhed
  • Genkalibreringen af ​​termoelementet er hård

Ansøgninger

Nogle af anvendelser af termoelementer inkluderer følgende.

  • Disse bruges som temperatursensorer i termostater i kontorer, hjem, kontorer og virksomheder.
  • Disse bruges i industrier til overvågning af temperaturer på metaller i jern, aluminium og metal.
  • Disse bruges i fødevareindustrien til kryogene applikationer og lavtemperaturapplikationer. Termoelementer bruges som en varmepumpe til udførelse af termoelektrisk køling.
  • Disse bruges til at teste temperaturen i de kemiske anlæg, olieprodukter.
  • Disse bruges i gasmaskiner til at detektere pilotflammen.

Hvad er forskellen mellem RTD og termoelement?

Den anden vigtigste ting, der skal overvejes i tilfælde af termoelementet, er, hvordan det adskiller sig fra RTD-enheden. Så tabellen forklarer forskellene mellem RTD og termoelement.

RTD Termoelement
RTD er i vid udstrækning velegnet til måling af mindre temperaturintervaller mellem (-2000C til 5000C)Termoelementet er velegnet til måling af et højere temperaturinterval, der er mellem (-1800C til 23200C)
For et minimalt skifteområde udviser det øget stabilitetDisse har minimal stabilitet, og resultaterne er heller ikke nøjagtige, når de testes flere gange
Det har mere nøjagtighed end et termoelementTermoelement har mindre nøjagtighed
Følsomhedsområdet er mere og kan endda beregne minimale temperaturændringerFølsomhedsområdet er mindre, og disse kan ikke beregne minimale temperaturændringer
RTD-enheder har en god responstidTermoelementer giver hurtig respons end RTD
Outputtet er lineært i formOutputtet er ikke-lineært i form
Disse er dyrere end termoelementDisse er økonomiske end FTU'er

Hvad er levetiden?

Det levetid for termoelementet er baseret på applikationen, når den bruges. Så man kan ikke specifikt forudsige termoelementets levetid. Når enheden vedligeholdes korrekt, har enheden en lang levetid. Efter kontinuerlig brug kan de blive beskadiget på grund af aldringseffekten.

Og også på grund af dette vil outputydelsen blive sænket, og signalerne vil have ringe effektivitet. Prisen på termoelementet er heller ikke høj. Så det anbefales mere at ændre termoelementet for hvert 2-3 år. Dette er svaret på hvad er levetiden for et termoelement ?

Således handler det kun om en oversigt over termoelementet. Af ovenstående oplysninger kan vi endelig konkludere, at målingen af termoelement output kan beregnes ved hjælp af metoder som et multimeter, potentiometer og forstærker af outputenheder. Hovedformålet med termoelementet er at opbygge ensartede og direkte temperaturmålinger i flere forskellige applikationer.