Tartalom
A hőelemek egyszerű hőmérséklet-érzékelők, amelyeket az egész tudományban és az iparban használnak. Két különböző fémből készült huzalból állnak, amelyek egyetlen ponton vagy kereszteződésen vannak egymással összekapcsolva, amely általában a hegesztés és a megbízhatóság szempontjából hegesztett.
Ezen huzalok nyitott áramköri végein egy hőelem feszültséget generál a csatlakozási hőmérsékletre reagálva. Ez egy olyan jelenség eredménye, amelyet Seebeck-effektusnak hívnak, amelyet 1821-ben fedez fel Thomas Seebeck német fizikus.
A hőelem típusai
Bármely, egymással érintkező, különböző fémből származó vezeték feszültséget hoz létre hevítéskor; az ötvözetek bizonyos kombinációi azonban szabványosak output szintjük, stabilitása és kémiai tulajdonságai miatt.
A leggyakoribb a „nemesfém” hőelemek, amelyek vasból vagy nikkelötvözetekből készülnek, és amelyek összetételétől függően J, K, T, E és N típusok.
A nemesfém termoelemek, amelyek platina-ródium és platinahuzalokból készülnek a magasabb hőmérsékleten történő felhasználáshoz, R, S és B típusokként ismertek. Típustól függően a hőelemek körülbelül -270 Celsius fok és 1700 C vagy annál magasabb hőmérsékletet mérhetnek ( körülbelül -454 Fahrenheit-fok és legalább 3100 F között).
A hőelem korlátozásai
A hőelemek előnyei és hátrányai a helyzettől függnek, és fontos, hogy először megértsük korlátainkat. A hőelem kimenete nagyon kicsi, szobahőmérsékleten általában csak 0,001 volt körül, növekszik a hőmérséklet emelkedésével. Mindegyik típusnak megvan a maga egyenlete a feszültség hőmérsékletre konvertálására. A kapcsolat nem egyenes vonal, tehát ezek az egyenletek kissé összetettek, sok kifejezéssel. Ennek ellenére a hőelemek legfeljebb körülbelül 1 ° C vagy körülbelül 2 F pontosságúak lehetnek.
A kalibrált eredmény elérése érdekében a hőelem feszültségét összehasonlítani kell egy referenciaértékkel, amely egykor egy újabb hőelem volt a vízbe merítve. Ez a készülék 0 ° C-on vagy 32 ° F-on „hideg-csomópontot” hoz létre, de nyilvánvalóan kínos és kellemetlen. A modern elektronikus jégpont referencia áramkörök egyetemesen felváltották a jeges vizet, és lehetővé tették a hőelem használatát hordozható alkalmazásokban.
Mivel a hőelemeknek két eltérő fémet kell érintkezniük, korróziónak vannak kitéve, ami befolyásolhatja kalibrációjukat és pontosságukat. Súlyos környezetben a csomópont általában egy acél hüvelyben van védve, amely megakadályozza a nedvesség vagy a vegyi anyagok kábeleinek a kábelek károsodását. Ennek ellenére a hőelem karbantartása és karbantartása a hosszú távú jó teljesítmény érdekében szükséges.
A hőelem előnyei és hátrányai
A hőelem egyszerű, robusztus, könnyen gyártható és viszonylag olcsó. Rendkívül finom huzallal készülhetnek az apró tárgyak, például rovarok hőmérsékletének mérésére. A hőelemek nagyon széles hőmérsékleti tartományban használhatók, és nehéz helyekre, például testüregekbe vagy visszaélésszerű környezetbe, például atomreaktorokba helyezhetők be.
Mindezen előnyök felhasználása előtt a hőelem hátrányait figyelembe kell venni. A millivolt szintű kimenet további gondosan megtervezett elektronika további komplexitását igényli, mind a jégpont referenciájához, mind az apró jel erősítéséhez.
Ezenkívül az alacsony feszültségű válasz érzékeny a környező elektromos készülékek zajaira és zavarására. A jó eredmények érdekében a hőelemnek földelt árnyékolásra van szüksége. A pontosság körülbelül 1 ° C-ra korlátozódik, és tovább csökkenthető a csatlakozás vagy a huzalok korróziója által.
Hőelemek alkalmazása
A hőelemek előnyei sokféle helyzetbe építették őket, kezdve a háztartási sütők vezérlésétől a repülőgépek, űrhajók és műholdak hőmérsékletének ellenőrzéséig. A kemencék és az autoklávok hőelemeket használnak, csakúgy, mint a prések és formák a gyártáshoz.
Számos hőelem egymással sorba kapcsolható, hogy létrejöjjön egy hőelem, amely nagyobb hőmérsékleti feszültséget hoz létre, mint egy hőelem. A hőelemeket érzékeny eszközök gyártására használják az infravörös sugárzás észlelésére. A hőelemek is előállíthatnak energiát az űrszondákhoz a radioaktív bomlás hőjéből egy radioizotóp termoelektromos generátorban.