Το θερμοστοιχείο είναι ένας αισθητήρας θερμοκρασίας με πολλές εφαρμογές που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της θερμοκρασίας επαφής. Είναι ένα από τα συστατικά στοιχεία του αισθητήρας θερμοκρασίας θερμοστοιχείου, μια συσκευή μέτρησης της οποίας τα κύρια στοιχεία είναι ο αισθητήρας και μια συσκευή ανάγνωσης δεδομένων. Συνήθως έχει οθόνη υγρού κρυστάλλου. Συχνά αναφέρεται ως θερμοστάτης, Το θερμοστοιχείο είναι ένας από τους πιο χρησιμοποιούμενους αισθητήρες. Δίπλα ο αισθητήρας υπερύθρων και το θερμίστορ, του οποίου η αντίσταση εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Τα πλεονεκτήματα του θερμοστοιχείου είναι η στιβαρότητά του, η προσιτή τιμή του, η ταχύτητα αντίδρασης του. Αλλά και η ικανότητά του να μετράει σε μεγάλα εύρη θερμοκρασιών.
Πώς λειτουργεί ένας αισθητήρας θερμοστοιχείου;
Πώς λειτουργεί το θερμοστοιχείο βασίζεται σε ένα φαινόμενο που ονομάζεται θερμοηλεκτρικό φαινόμενο Seebeck. Το φαινόμενο αυτό εκδηλώνεται με την εμφάνιση ηλεκτρικής τάσης σε ανοιχτό κύκλωμα. Συχνά αποτελείται από δύο αγώγιμα υλικά διαφορετικής φύσης κατά τη διάρκεια μιας μεταβολής της θερμοκρασίας. Η μετατροπή της τάσης σε θερμοκρασία γίνεται χρησιμοποιώντας τον συντελεστή Seebeck ανάλογα με τον τύπο του θερμοστοιχείου. Οι προφυλάξεις που πρέπει να λαμβάνονται για τη βέλτιστη λειτουργία των θερμοστοιχείων είναι η επιλογή του κατάλληλου τύπου ανάλογα με την εφαρμογή και τον τύπο της διασταύρωσης. Είναι επίσης σημαντικό να ληφθούν υπόψη οι ηλεκτρομαγνητικές διαταραχές.
Μέτρηση θερμοκρασίας με το θερμοστοιχείο
Ο αισθητήρας θερμοστοιχείου περιέχει δύο καλώδια διαφορετικών αγώγιμων μετάλλων συνδέονται μεταξύ τους με μια διασταύρωση που ονομάζεται hot spot. Το ψυχρό σημείο, συνδεδεμένο με τη συσκευή είναι το άλλο άκρο. Όταν το θερμό σημείο εκτίθεται σε ζέστη ή κρύο, η πυκνότητα ηλεκτρονίων κάθε μεταλλικού σύρματος τροποποιείται. Το ηλεκτρικό ρεύμα που διέρχεται από τον αισθητήρα εμφανίζεται χάρη στη διαφορά θερμοκρασίας που υπάρχει μεταξύ του θερμού και του ψυχρού σημείου. Για μετρήστε τη θερμοκρασία με ένα θερμοστοιχείο Ακριβώς, πρέπει είτε να διατηρήσετε το σημείο ψύξης στους 0°C. Ή ρυθμίστε αυτό που ονομάζεται αντιστάθμιση ψυχρής διασταύρωσης.
Το θερμοστοιχείο διατίθεται σε διάφορους τύπους
Υπάρχουν διάφοροι τύποι θερμοστοιχείων που προσφέρουν διαφορετικά εύρη μέτρησης θερμοκρασίας και προσαρμόζονται σε διάφορους τύπους εφαρμογών. Η επιλογή του τύπου αισθητήρα θερμοστοιχείου ανάλογα με το περιβάλλον και τον προϋπολογισμό που διατίθεται για την αγορά. Ο Χρησιμοποιούνται κυρίως 8 τύποι αισθητήρων θερμοστοιχείου καλύπτονται από το ευρωπαϊκό πρότυπο IEC 60584.1. Ορισμένοι τύποι περιέχουν βασικά μέταλλα και επομένως είναι φθηνοί. Οι τύποι B, R και S είναι κατασκευασμένοι από πολύτιμα μέταλλα όπως η πλατίνα, γεγονός που κάνει την τιμή τους υψηλότερη.
Τι επηρεάζει τον χρόνο απόκρισης του θερμοστοιχείου;
ο χρόνος απόκρισης θερμοστοιχείου ποικίλλει ανάλογα με το σχεδιασμό τους και όχι τον τύπο τους. Τα χαρακτηριστικά που επηρεάζουν την ταχύτητα αντίδρασης αυτών των αισθητήρων είναι πολλαπλά. Υπάρχει την προστασία του καθετήρα, τη μέθοδο σύνδεσης ή ακόμα και το καλώδιο σύνδεσης. Όσο πιο άμεση είναι η επαφή με το περιβάλλον του οποίου η θερμοκρασία θέλουμε να μετρήσουμε, τόσο πιο γρήγορη είναι η απόκριση που παρέχουν οι ανιχνευτές μέτρησης. Επομένως, ένα θερμοστοιχείο χωρίς μεταλλική θήκη ή προστατευτικό περίβλημα παρέχει γρήγορη απόκριση. Τα γυμνά καλώδια μπορούν να υποστούν διάβρωση ανάλογα με το υλικό τους και το περιβάλλον, επομένως κάθε χαρακτηριστικό πρέπει να επιλέγεται προσεκτικά.
Πίνακες μετατροπών
Ένα τραπέζι ή πίνακας μετατροπής θερμοστοιχείου είναι ένα εργαλείο για μετατρέπουν μια ηλεκτροκινητική δύναμη (emf) σε θερμοκρασία σε βαθμούς Κελσίου ή Φαρενάιτ. Επιτρέπει επίσης τη βαθμονόμηση του θερμικού καθετήρα συγκρίνοντας την τάση που λαμβάνεται με την αναμενόμενη θερμοκρασία. Να διαβασω πίνακες μετατροπής θερμοστοιχείων, πρέπει να γνωρίζετε τον τύπο του θερμοστοιχείου που χρησιμοποιείται, καθώς κάθε τύπος έχει το δικό του συντελεστή Seebeck. Για να διαβάσουμε τον πίνακα, αντιστοιχίζουμε τη διαφορά δυναμικού που σημειώνεται με τη θερμοκρασία σε βαθμούς Κελσίου ή Φαρενάιτ.
Καμπύλες θερμοστοιχείου
Μια εναλλακτική λύση για την παρουσίαση του λόγου τάσης/θερμοκρασίας σε μορφή πίνακα είναι το γράφημα. Η θερμοκρασία είναι στην τετμημένη και η τάση στην τεταγμένη. Η σύνδεση μεταξύ των δύο δεν είναι γραμμική, σχηματίζει μια καμπύλη. Κάθε τύπος θερμοστοιχείου έχει μια ξεχωριστή καμπύλη που επιτρέπει την οπτική εκτίμηση των παραλλαγών μεταξύ των δύο δεδομένων. Καμπύλες θερμοστοιχείου, όπως και οι πίνακες, βασίζονται στην τάση που μετράται στον αισθητήρα όταν το ψυχρό σημείο είναι στους 0°C. Επομένως, είναι απαραίτητο να διατηρηθεί αυτή η συγκόλληση σε ένα λουτρό αναδευόμενου παγωμένου νερού ή να πραγματοποιηθεί αντιστάθμιση. Αυτή η τεχνική περιλαμβάνει αφήστε το κρύο σημείο σε θερμοκρασία δωματίου. Στη συνέχεια, μετράμε αυτή τη θερμοκρασία και τη μετατρέπουμε σε τάση για να προσθέσουμε έναν διορθωτικό συντελεστή στον τελικό υπολογισμό.
Εύρος μέτρησης
Εάν το θερμοστοιχείο είναι ο πιο κοινός τύπος αισθητήρα στη βιομηχανία, αυτό οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στο ότι επιτρέπει τη μέτρηση ενός ευρέος φάσματος θερμοκρασιών. Ανάλογα με τον τύπο, μπορεί να μετρήσει θερμοκρασίες από -200°C έως 1800°C. Τα θερμοστοιχεία που μπορούν να μετρούν πολύ χαμηλές θερμοκρασίες είναι οι τύποι K, J, T και N. Για υψηλές θερμοκρασίες χρησιμοποιούνται οι τύποι N, S, R και B. Για να επιλέξετε ένα θερμοστοιχείο κατάλληλο για μια συγκεκριμένη εφαρμογή, το εύρος θερμοκρασίας που θα μετρηθεί και το εύρος μέτρησης του τύπου θερμοστοιχείου πρέπει να συμπίπτουν.
Βαθμονόμηση θερμοστοιχείου
Αυτό που λέμε βαθμονόμηση ή βαθμονόμηση θερμοστοιχείου είναι μια διαδικασία που αποτελείται από ελέγξτε ότι η τάση που υποδεικνύεται στο βολτόμετρο θερμικού καθετήρα αντιστοιχεί στη σωστή θερμοκρασία στον πίνακα μετατροπών. Για αυτό, το σημείο μέτρησης πρέπει να βρίσκεται σε θερμοκρασία που είναι γνωστή με βεβαιότητα. Οι δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν καθιστούν δυνατή την επαλήθευση της ακρίβειας του καθετήρα σε διαφορετικά σημεία του εύρους μέτρησής του. Εάν τα αποτελέσματα υποδεικνύουν αναντιστοιχία μεταξύ της τάσης και της αντίστοιχης θερμοκρασίας στον πίνακα μετατροπής, πρέπει να προστεθεί ένας διορθωτικός συντελεστής κατά τη χρήση του αισθητήρα. Εσφαλμένες τιμές μπορεί να σημαίνουν βλάβη σε ένα στοιχείο του καθετήρα, όπως ο ίδιος ο αισθητήρας, ο σύνδεσμος ή η συσκευή εγγραφής.
Πώς να πραγματοποιήσετε δοκιμές σε ένα θερμοστοιχείο;
Η δοκιμή είναι ένα από τα βασικά βήματα της βαθμονόμησης. Προτείνεται δοκιμάστε ένα θερμοστοιχείο όταν ο ανιχνευτής υφίσταται αλλαγή αντιστοίχισης, τακτικά ανάλογα με την ένταση της χρήσης του ή σε περίπτωση υποψίας σφάλματος. Ακολουθούν οι διαδικασίες που εφαρμόζονται γενικά για τη δοκιμή ενός θερμοστοιχείου Συστάσεις ASTM (American Society for Testing and Materials) για τη βαθμονόμηση θερμοστοιχείων. Δύο επιλογές είναι δυνατές, βαθμονόμηση με σύγκριση ή σταθερό σημείο. Συγκριτικά, πραγματοποιούμε μέτρηση θερμοκρασίας με τον προς δοκιμή αισθητήρα καθώς και με έναν αισθητήρα αναφοράς, τον οποίο γνωρίζουμε ότι είναι αξιόπιστος. Σε σταθερά σημεία, ο αισθητήρας εκτίθεται στη θερμοκρασία τριπλού σημείου του νερού.
Ανταλλαγή με ένας από τους συμβούλους μας για να επιλέξετε τον εξοπλισμό που ταιριάζει καλύτερα στο έργο σας. Προσφέρουμε μια ευρεία επιλογή από ανιχνευτές θερμοκρασίας καθώς και μια προσαρμοσμένη υπηρεσία σχεδιασμού.
Προχωρήστε περαιτέρω στα θερμοστοιχεία
Για να προχωρήσουμε περαιτέρω στο θέμα των θερμοστοιχείων, προτείνουμε επίσης αυτά τα άρθρα:
- Κατηγορία αισθητήρα θερμοστοιχείου
- Ποιοι είναι οι διαφορετικοί τύποι θερμοστοιχείων
- Βαθμονόμηση θερμοστοιχείου
- Πώς μετριέται η θερμοκρασία με θερμοστοιχείο;
- Χρόνοι απόκρισης θερμοστοιχείου ανά τύπο
- Καμπύλες θερμοστοιχείου ανά τύπο
- Πώς να δοκιμάσετε ένα θερμοστοιχείο;
- Εύρος μέτρησης θερμοστοιχείου
- Πίνακας μετατροπής θερμοστοιχείου
- Πώς λειτουργεί ένα θερμοστοιχείο;
