Τα θερμοστοιχεία Είναι συσκευές που χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία για τη μέτρηση της θερμοκρασίας. Χάρη στην ευελιξία, το χαμηλό κόστος και την στιβαρότητά τους, τα θερμοστοιχεία έχουν γίνει μια από τις πιο δημοφιλείς επιλογές για ακριβή παρακολούθηση και μέτρηση της θερμοκρασίας σε διάφορα περιβάλλοντα. Ο σχεδιασμός και η λειτουργία του βασίζονται σε απλές φυσικές αρχές, αλλά με εφαρμογές που κυμαίνονται από βιομηχανικές διεργασίες έως επιστημονική έρευνα.
Διάφοροι τύπους θερμοστοιχείων, το καθένα έχει σχεδιαστεί για διαφορετικά εύρη θερμοκρασίας και περιβαλλοντικές συνθήκες. Σε αυτό το άρθρο, θα διερευνήσουμε σε βάθος τους διαφορετικούς τύπους θερμοστοιχείων, τις εφαρμογές τους, τα βασικά χαρακτηριστικά και τον τρόπο επιλογής του καταλληλότερου με βάση το περιβάλλον και τις συγκεκριμένες ανάγκες μέτρησης.
Τι είναι ένα θερμοστοιχείο;
Un θερμοστοιχείο Είναι ένας αισθητήρας που μετρά τη θερμοκρασία μέσω της ένωσης δύο διαφορετικών μεταλλικών αγωγών. Αυτοί οι αγωγοί παράγουν μια τάση που ποικίλλει ανάλογα με τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των άκρων του αισθητήρα, επιτρέποντας τον προσδιορισμό της ακριβούς θερμοκρασίας στο σημείο μέτρησης. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται Εφέ Seebeck, που αποτελεί τη βάση της λειτουργίας των θερμοστοιχείων.
Λειτουργική αρχή
Όπως αναφέραμε, το θερμοστοιχείο βασίζεται στο Εφέ Seebeck. Όταν δύο μέταλλα έρχονται σε επαφή και υποβάλλονται σε διαφορά θερμοκρασίας, δημιουργούν μια τάση. Το ένα άκρο του θερμοστοιχείου είναι σε επαφή με το αντικείμενο του οποίου η θερμοκρασία μετράται (το ζεστή συγκόλληση), ενώ το άλλο άκρο διατηρείται σε γνωστή θερμοκρασία, όπως θερμοκρασία δωματίου (η ψυχρή ένωση).
Αυτή η παραγόμενη τάση μετατρέπεται σε χρήσιμη ένδειξη θερμοκρασίας. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι το σήμα εξόδου από τα θερμοστοιχεία είναι πολύ μικρό, συνήθως σε millivolt, επομένως είναι απαραίτητο ένα κύκλωμα ενίσχυσης για να μεταφραστεί αυτό το σήμα σε ένα διαχειρίσιμο σχήμα.
Τύποι θερμοστοιχείων
Υπάρχουν διάφοροι τύποι θερμοστοιχείων ανάλογα με τα υλικά που αποτελούν τους αγωγούς και κάθε τύπος έχει μοναδικές ιδιότητες όσον αφορά το εύρος θερμοκρασίας και την ακρίβεια. Παρακάτω, περιγράφουμε τα πιο συνηθισμένα.
Θερμοστοιχείο τύπου Κ
Το θερμοστοιχείο τύπου Κ Είναι το πιο κοινό στον κλάδο. Αποτελείται από συνδυασμό των νικέλιο-χρωμίου (Chromel®) ως θετικό στοιχείο και νικέλιο-αλουμίνιο (Alumel®) ως αρνητικό στοιχείο. Είναι ιδανικό για μέτρηση θερμοκρασιών σε μεγάλο εύρος από -200°C έως 1250°C.
Αυτός ο τύπος θερμοστοιχείου είναι ιδιαίτερα χρήσιμος σε περιβάλλοντα όπου εμφανίζονται οξειδωτικές και ατμόσφαιρες υψηλής θερμοκρασίας. Το χαμηλό κόστος και η ανθεκτικότητά του το καθιστούν εξαιρετική επιλογή για ευρέως διαδεδομένες βιομηχανικές εφαρμογές.
Θερμοστοιχείο τύπου J
Θερμοστοιχείο τύπου J Είναι γνωστό για τη χρήση του σε περιβάλλοντα όπου οι θερμοκρασίες κυμαίνονται από -210°C έως 760°C. Αποτελείται από Ιέρο ως θετικός αγωγός και κοντάνταν (κράμα χαλκού-νικελίου) ως αρνητικός αγωγός.
Είναι ένα από τα φθηνότερα θερμοστοιχεία και είναι κατάλληλο για περιβάλλοντα που δεν υπερβαίνουν τους 760°C, καθώς ο σίδηρος οξειδώνεται γρήγορα σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Ως εκ τούτου, είναι ιδανικό για εφαρμογές που απαιτούν αισθητήρα χαμηλού κόστους και μέτριες θερμοκρασίες.
Θερμοστοιχείο τύπου Τ
El Θερμοστοιχείο τύπου Τ Είναι εξαιρετικό για μετρήσεις χαμηλών θερμοκρασιών, όπως αυτές που κυμαίνονται από -200°C έως 350°C. Οι οδηγοί του αποτελούνται από χαλκός από τη θετική πλευρά και κοντάνταν στην αρνητική πλευρά. Είναι ένα από τα καλύτερα όσον αφορά τη σταθερότητα και την ακρίβεια όταν εργάζεστε σε μη ακραίες κρυογονικές ή ατμοσφαιρικές περιοχές.
Θερμοστοιχεία πολύτιμων μετάλλων: τύποι R, S και B
Αυτοί τύπους θερμοστοιχείων Κατασκευάζονται κυρίως από πολύτιμα μέταλλα όπως η πλατίνα, γεγονός που τα καθιστά ιδανικά για εφαρμογές που απαιτούν μέτρηση πολύ υψηλών θερμοκρασιών, έως και 1700°C. Είναι πολύ ακριβή και σταθερά, αλλά και ακριβά.
Το θερμοστοιχείο τύπου R χρησιμοποιεί έναν συνδυασμό από πλατίνα-ρόδιο ως οδηγοί. Είναι κατάλληλο για θερμοκρασίες έως 1450°C και είναι πολύ σταθερό, καθιστώντας το κατάλληλο για εργαστήρια και περιβάλλοντα υψηλής ακρίβειας.
El θερμοστοιχείο τύπου S Είναι παρόμοιο με τον τύπο R, αλλά η αναλογία πλατίνας-ρόδιου είναι ελαφρώς διαφορετική, καθιστώντας το κατάλληλο για εφαρμογές που απαιτούν υψηλό επίπεδο σταθερότητας και ανθεκτικότητας.
Το θερμοστοιχείο τύπου Β Ξεχωρίζει για την ικανότητά του να μετράει εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες, έως 1700°C, χωρίς να χρειάζεται αντιστάθμιση στον ψυχρό κόμβο έως 50°C. Αυτό το καθιστά χρήσιμο σε βιομηχανικές εφαρμογές υψηλού κινδύνου και εχθρικά περιβάλλοντα.
Θερμοστοιχείο τύπου Ν
El Θερμοστοιχείο τύπου Ν Αναπτύχθηκε ως εξέλιξη του τύπου Κ, και χαρακτηρίζεται από τη μεγαλύτερη αντοχή του στην οξείδωση και τη σταθερότητά του σε υψηλές θερμοκρασίες. Χρησιμοποιεί κράματα nicrosil y nisil, το οποίο του επιτρέπει να λειτουργεί σε περιοχές έως και 1280°C.
Αυτός ο τύπος θερμοστοιχείου είναι ιδανική επιλογή για εφαρμογές που απαιτούν υψηλή αντοχή στη θερμική υποβάθμιση και μακροχρόνια αντοχή.
Εύρος και όρια σφαλμάτων θερμοστοιχείου
Το πρότυπο IEC 60584-1 καθορίζει διαφορετικά εύρη θερμοκρασίας και όρια σφάλματος για κάθε τύπο θερμοστοιχείου. Αν και ποικίλλουν ανάλογα με τη διάμετρο του σύρματος και τις περιβαλλοντικές συνθήκες, σε γενικές γραμμές, μπορούν να οριστούν τα ακόλουθα:
- Τύπος J: -210°C έως 760°C, με σφάλμα ±2.2°C ή ±0.75%
- Τύπος Κ: -200°C έως 1250°C, με σφάλμα ±2.2°C ή ±0.75%
- Τύπος Τ: -200°C έως 350°C, με σφάλμα ±1.0°C ή ±0.75%
- Τύπος N: -200°C έως 1280°C, με σφάλμα ±2.2°C ή ±0.75%
Πώς να επιλέξετε το σωστό θερμοστοιχείο;
Επίλεξε το κατάλληλο θερμοστοιχείο Εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, όπως το εύρος θερμοκρασίας που θα μετρηθεί, το περιβάλλον στο οποίο θα χρησιμοποιηθεί ο αισθητήρας και ο διαθέσιμος προϋπολογισμός. Είναι σημαντικό να ληφθούν υπόψη πτυχές όπως:
- Μέγιστη και ελάχιστη θερμοκρασία: Κάθε τύπος θερμοστοιχείου έχει συγκεκριμένο εύρος λειτουργίας.
- Entorno de Operación: Οι οξειδωτικές, αναγωγικές, κρυογονικές ατμόσφαιρες κ.λπ., θα μπορούσαν να επηρεάσουν την ανθεκτικότητα του αισθητήρα.
- Χημική αντίσταση: Ορισμένα υλικά είναι πιο ευαίσθητα στη διάβρωση, η οποία θα επηρεάσει τη διάρκεια ζωής του αισθητήρα.
- Ακρίβεια: Όσο μεγαλύτερη είναι η ακρίβεια, το κόστος γενικά αυξάνεται, επομένως είναι ένας παράγοντας που ισορροπεί με τη λειτουργικότητα.
Κοινές εφαρμογές
Ο θερμοστοιχεία Χρησιμοποιούνται σε εκατομμύρια εφαρμογές σε μια ποικιλία βιομηχανιών, λόγω της ευελιξίας και της στιβαρότητάς τους. Μερικά παραδείγματα περιλαμβάνουν:
- Ενεργειακές εγκαταστάσεις όπου παρακολουθούνται οι θερμοκρασίες των στροβίλων και άλλων κρίσιμων εξαρτημάτων.
- Ερευνητικά εργαστήρια όπου απαιτείται μεγάλη ακρίβεια στη μέτρηση σε ακραίες θερμοκρασίες, τόσο υψηλές όσο και χαμηλές.
- Βιομηχανικές διεργασίες όπως ο αυτοματισμός εργοστασίων, όπου η ανάγκη για θερμική παρακολούθηση είναι σταθερή.
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των θερμοστοιχείων
Παρόλο που χρησιμοποιείται ευρέως, δεν είναι όλα τα περιβάλλοντα κατάλληλα για θερμοστοιχεία. Ας αναλύσουμε τα δυνατά και τα αδύνατα σημεία του.
Πλεονέκτημα
- Στιβαρό και ανθεκτικό ακόμη και σε ακραίες συνθήκες.
- Χαμηλό κόστος σε σύγκριση με άλλους αισθητήρες όπως οι RTD.
- Μεγάλες θερμοκρασίες, από κρυογονικές εφαρμογές έως συστολές υψηλής θερμοκρασίας.
Μειονεκτήματα
- Περιορισμένη ακρίβεια σε σύγκριση με πιο προηγμένες τεχνολογίες όπως οι ΕΤΑ.
- Ευαισθησία στον ηλεκτρικό θόρυβο, ειδικά σε μεγάλες διαδρομές καλωδίων.
- Ανάγκη υλοποίησης αποζημίωση κρύου κόμβου για να λάβετε ακριβείς μετρήσεις.
Όταν προσπαθείτε να επιλέξετε ένα κατάλληλο θερμοστοιχείο για μια συγκεκριμένη εφαρμογή, είναι απαραίτητο να λάβετε υπόψη όλους αυτούς τους παράγοντες, σταθμίζοντας τα πλεονεκτήματα που προσφέρει, όπως το χαμηλό κόστος και το μεγάλο εύρος λειτουργίας, έναντι των περιορισμών στην ακρίβεια και την ευαισθησία του στο περιβάλλον. . Τα θερμοστοιχεία εξακολουθούν να είναι μια από τις πιο αποτελεσματικές και ευέλικτες λύσεις για τη μέτρηση της θερμοκρασίας σε εξαιρετικά απαιτητικές βιομηχανικές εφαρμογές.