1821-ben egy fizikus, nevezetesen „Thomas Seebeck” elárulta, hogy amikor egy csomópont két végén két különböző fémhuzalt kapcsolnak össze az áramkörben, amikor a csomópontra alkalmazott hőmérsékletet, akkor áram áramlik át az áramkör amely elektromágneses tér (EMF) néven ismert. Az áram által termelt energiát Seebeck-effektusnak nevezik. Thomas Seebeck effektusának iránymutatásaként mindkét olasz fizikus, nevezetesen Leopoldo Nobili és Macedonio Melloni együttműködtek egy hőelektromos akkumulátor megtervezésében 1826-ban, amelyet hőszorzónak hívnak. Ez Seebeck termoelektromosságának felfedezéséből származott. galvanométer valamint egy hőelem a sugárzás kiszámításához. Az ő erőfeszítései miatt egyesek Nobilit azonosították a hőelem felfedezőjeként.

Mi az a hőelem?

A hőelem meghatározható egyfajta hőmérsékletként érzékelő amelyet egy adott pont hőmérsékletének mérésére használnak EMF vagy elektromos áram formájában. Ez az érzékelő két különböző fémhuzalt tartalmaz, amelyek egy csomópontban vannak összekötve. A hőmérséklet ezen a csomóponton mérhető, és a fémdrót hőmérsékletének változása stimulálja a feszültségeket.

Hőelem

A készülékben keletkező EMF mennyisége nagyon perc (millivolt), ezért nagyon érzékeny eszközöket kell felhasználni az áramkörben előállított e.m.f kiszámításához. Az e.m.f kiszámításához használt közös eszközök a feszültségkiegyenlítő potenciométer és a közönséges galvanométer. Ebből a kettőből kiegyensúlyozó potenciométert használnak fizikailag vagy mechanikusan.

Hőelem működési elve

A hőelem elv főleg a három hatástól függ, nevezetesen Seebeck, Peltier és Thompson.

Lásd beck-effekt

Ez a fajta hatás két különböző fém között fordul elő. Amikor a hő bármelyik fémhuzalt felajánlja, akkor az elektronok áramlása a forró fémhuzaltól a hideg fémhuzalig terjed. Ezért az egyenáram stimulálja az áramkört.

Peltier-hatás

“mppt töltésvezérlő kapcsolási rajza ”

Ez a Peltier-effektus ellentétes a Seebeck-effektussal. Ez a hatás azt állítja, hogy a hőmérsékletkülönbség bármely két eltérő vezető között kialakulhat a potenciálváltozás alkalmazásával.

Thompson-effektus

Ez a hatás azt állítja, hogy amint két eltérő fém rögzül és ha két ízületet alkotnak, akkor a feszültség indukálja a teljes vezető hosszát a hőmérséklet gradiensének köszönhetően. Ez egy fizikai szó, amely megmutatja a hőmérséklet sebességének és irányának változását egy pontos helyzetben.

Hőelem építése

A készülék felépítése az alábbiakban látható. Két különböző fémhuzalt tartalmaz, amelyek a csomópont végén vannak összekötve. A csomópont mérési végként gondolkodik. A csomópont végét három típusba sorolják, nevezetesen megalapozatlan, földelt és kitett csomópontba.

Hőelemek építése

Ungrounded-Junction

Ebben a típusú csomópontban a vezetők teljesen el vannak választva a védőburkolattól. Ennek a csomópontnak az alkalmazásai főként nagynyomású alkalmazási munkákat tartalmaznak. Ennek a funkciónak a fő előnye a kóbor mágneses mező hatásának csökkentése.

Grounded-Junction

Ebben a típusú csomópontban a fémhuzalok, valamint a védőburkolat össze vannak kötve. Ez a funkció a savas légkör hőmérsékletének mérésére szolgál, és ellenáll a zajnak.

Exposed-Junction

A kitett csomópont azokon a területeken alkalmazható, ahol gyors reagálásra van szükség. Ezt a típusú csomópontot használják a gáz hőmérsékletének mérésére. A hőmérséklet-érzékelő előállításához használt fém alapvetően a hőmérséklet számítási tartományától függ.

Általában egy hőelemet két különböző fémhuzallal terveznek, nevezetesen vasalással és konstantánnal, amelyek detektálják az elemet azáltal, hogy összekötik az egyik csomópontot, amelyet forró csomópontnak neveznek. Ez két csomópontból áll, az egyik csomópontot egy voltmérő köti össze vagy adó ahol a hideg elágazás és a második elágazás egy forró elágazásnak nevezett folyamathoz kapcsolódik.

Hogyan működik a hőelem?

A hőelem diagram az alábbi képen látható. Ez az áramkör két különböző fémből építhető fel, és két csomópont létrehozásával vannak összekapcsolva. A két fémet körülveszi a hegesztéssel történő kapcsolat.

A fenti diagramban a csomópontokat P & Q, a hőmérsékleteket T1 és T2 jelöli. Amikor a csomópont hőmérséklete nem különbözik egymástól, akkor az áramkörben elektromágneses erő keletkezik.

Hőelem áramkör

Ha a mérsékelt ég a csomópont végén ekvivalenssé változik, akkor az egyenérték, valamint a fordított elektromágneses erő az áramkörben keletkezik, és nincs áram rajta keresztül. Hasonlóképpen a csomópont végén a hőmérséklet kiegyensúlyozatlanná válik, majd a potenciálváltozás indukálódik ebben az áramkörben.

Az áramkörben kiváltott elektromágneses erő nagysága a hőelemek gyártásához használt anyagok fajtáitól függ. A mérőeszközök kiszámítják az áramkör teljes áramát az áramkörben.

Az áramkörben indukált elektromágneses erőt a következő egyenlet számítja ki

E = a (∆Ө) + b (∆Ө) 2

Ahol b a hőmérséklet-különbség a forró hőelem csatlakozási vége és a referencia-hőelem csatlakozási vége között, a & b konstansok

Hőelem típusok

A hőelem típusok tárgyalása előtt figyelembe kell venni, hogy a hőelemet védő tokban kell megvédeni, hogy el lehessen szigetelni a légköri hőmérséklettől. Ez a burkolat jelentősen minimalizálja a készülék korróziós hatását.

Tehát sokféle hőelem létezik. Nézzük meg ezeket részletesen.

K típus - Ezt nikkel-króm / nikkel-alumínium típusú hőelemnek is nevezik. Ez a leggyakrabban használt típus. Megnövelt megbízhatóság, pontosság és olcsó tulajdonságokkal rendelkezik, és hosszabb hőmérsékleti tartományokban is képes működni.

K típus

A hőmérséklet-tartományok a következők:

Hőelem minőségű vezeték - -454F - 2300F (-270⁰C-tól 1260-ig⁰C)

Hosszabbító vezeték (0⁰C-tól 200-ig⁰C)

Ennek a K-típusnak a pontossága

Normál +/- 2.2C vagy +/- 0.75% és a speciális határértékek +/- 1.1C vagy 0.4%

J típus - Ez a Vas / Konstantán keveréke. Ez a hőelem leggyakrabban használt típusa is. Megnövelt megbízhatóság, pontosság és olcsó tulajdonságokkal rendelkezik. Ezt az eszközt csak alacsonyabb hőmérsékleti tartományok esetén lehet működtetni, és rövid élettartammal rendelkezik, ha magas hőmérsékleti tartományban működik.

J típus

A hőmérséklet-tartományok a következők:

Hőelem minőségű vezeték - -346F - 1400F (-210⁰C-tól 760-ig⁰C)

Hosszabbító vezeték (0⁰C-tól 200-ig⁰C)

Ennek a J-típusnak a pontossága

Normál +/- 2.2C vagy +/- 0.75% és a speciális határértékek +/- 1.1C vagy 0.4%

T típus - Ez a Réz / Konstantán keveréke. A T típusú hőelem megnövekedett stabilitással rendelkezik, és általában alacsonyabb hőmérsékletű alkalmazásokhoz, például ultra-alacsony hőmérsékletű fagyasztókhoz és kriogenikához alkalmazzák.

T típus

A hőmérséklet-tartományok a következők:

Hőelem minőségű vezeték - -454F - 700F (-270⁰C-tól 370-ig⁰C)

Hosszabbító vezeték (0⁰C-tól 200-ig⁰C)

Ennek a T-típusnak a pontossága

Normál +/- 1,0C vagy +/- 0,75% és a speciális határértékek +/- 0,5C vagy 0,4%

E típus - Ez a nikkel-króm / Constantan keveréke. Nagyobb jelképességgel és jobb pontossággal rendelkezik, összehasonlítva a K és J típusú hőelemekével, ha ≤ 1000F hőmérsékleten működnek.

E típus

A hőmérséklet-tartományok a következők:

Hőelem minőségű vezeték - -454F - 1600F (-270⁰C-tól 870-ig⁰C)

Hosszabbító vezeték (0⁰C-tól 200-ig⁰C)

Ennek a T-típusnak a pontossága

Normál +/- 1.7C vagy +/- 0.5% és a speciális határértékek +/- 1.0C vagy 0.4%

N típus - Nicrosil vagy Nisil hőelemnek tekinthető. Az N típusú hőmérséklet és pontosság szintje hasonló a K. típushoz. De ez a típus drágább, mint a K típus.

N típus

A hőmérséklet-tartományok a következők:

Hőelem minőségű vezeték - -454F - 2300F (-270⁰C-tól 392-ig⁰C)

“elektronikus alkatrészek és funkcióik ”

Hosszabbító vezeték (0⁰C-tól 200-ig⁰C)

Ennek a T-típusnak a pontossága

Normál +/- 2.2C vagy +/- 0.75% és a speciális határértékek +/- 1.1C vagy 0.4%

S típus - Platinum / Ródium vagy 10% / Platinum hőelem. Az S típusú hőelemet rendkívül magas hőmérsékleti tartományban alkalmazzák, például a Biotech és a gyógyszertári szervezeteknél. Megnövelt pontossága és stabilitása miatt kisebb hőmérsékleti tartományokban is alkalmazható.

S típus

A hőmérséklet-tartományok a következők:

Hőelem-osztályú huzal - -58F - 2700F (-50⁰C-tól 1480-ig⁰C)

Hosszabbító vezeték (0⁰C-tól 200-ig⁰C)

Ennek a T-típusnak a pontossága

Normál +/- 1,5C vagy +/- 0,25%, a speciális határértékek pedig +/- 0,6C vagy 0,1%

R típus - Platinum / Ródium vagy 13% / Platinum hőelem. Az S típusú hőelemet rendkívül magas hőmérséklet-tartományban alkalmazzák. Ez a fajta nagyobb mennyiségű ródiumot tartalmaz, mint az S típus, ami költségesebbé teszi a készüléket. Az R és S típus jellemzői és teljesítménye közel hasonló. Megnövelt pontossága és stabilitása miatt kisebb hőmérsékleti tartományokban is alkalmazható.

R típus

A hőmérséklet-tartományok a következők:

Hőelem-osztályú huzal - -58F - 2700F (-50⁰C-tól 1480-ig⁰C)

Hosszabbító vezeték (0⁰C-tól 200-ig⁰C)

Ennek a T-típusnak a pontossága

“száloptikai kábel előnyei ”

Normál +/- 1,5C vagy +/- 0,25%, a speciális határértékek pedig +/- 0,6C vagy 0,1%

B típus - A Platinum Rhodium 30% -ának vagy a Platinum Rhodium termoelem 60% -ának tekintik. Ezt széles körben használják a magasabb hőmérsékleti tartományokban. Az összes fent felsorolt típus közül a B típus rendelkezik a legmagasabb hőmérsékleti határértékkel. A megemelkedett hőmérsékleti szinteken a B típusú hőelem megtartja a fokozott stabilitást és pontosságot.

B típus

A hőmérséklet-tartományok a következők:

Hőelem minőségű vezeték - 32F - 3100F (0⁰C-tól 1700-ig⁰C)

Hosszabbító vezeték (0⁰C-tól 100-ig⁰C)

Ennek a T-típusnak a pontossága

Normál +/- 0,5%

Az S, R és B típus nemesfém hőelemeknek számít. Ezeket azért választják, mert még magas hőmérsékleti tartományokban is működhetnek, nagy pontosságot és hosszú élettartamot biztosítva. De nem nemesfém típusokhoz képest ezek drágábbak.

A hőelem kiválasztása során számos olyan tényezőt kell figyelembe venni, amely megfelel az alkalmazásuknak.

Ellenőrizze, hogy milyen alacsony és magas hőmérsékleti tartományok szükségesek az alkalmazásához?
Milyen költségvetést kell használni a hőelemre?
Hány százalékos pontosságot kell használni?
Milyen légköri körülmények között működik a hőelem, például inert gáznemű vagy oxidáló
Mi a várható válaszszint, ami azt jelenti, hogy az eszköznek milyen gyorsan kell reagálnia a hőmérséklet változásaira?
Mi az életciklus szükséges?
A művelet előtt ellenőrizze, hogy a készülék vízbe merül-e vagy sem, és milyen mélységig?
A hőelem kihasználtsága szakaszos vagy folyamatos lesz?
A hőelemet a készülék élettartama alatt csavarják vagy hajlítják?

Honnan tudhatja, ha rossz hőelem van?

Ahhoz, hogy megtudjuk, a hőelem tökéletesen működik-e, el kell végeznie az eszköz tesztelését. A készülék cseréje előtt ellenőrizni kell, hogy valóban működik-e vagy sem. Ehhez egy multiméter és az elektronikai alapismeretek teljesen elegendőek. A hőelem multiméteres tesztelésére főleg három megközelítés létezik, amelyeket az alábbiakban magyarázunk:

Ellenállási teszt

Ennek a tesztnek az elvégzéséhez az eszközt gázkészülék vezetékbe kell helyezni, és a szükséges berendezés digitális multiméteres és krokodil kapcsok.

Eljárás - Csatlakoztassa a krokodil klipeket a multiméter szakaszaihoz. Rögzítse a kapcsokat a hőelem mindkét végén, ahol az egyik végét behajtják a gázszelepbe. Most kapcsolja be a multimétert, és jegyezze fel az olvasási lehetőségeket. Ha a multiméter kis sorrendben jeleníti meg az ohmokat, akkor a hőelem tökéletes működési állapotban van. Vagy egyébként, ha a leolvasás értéke legalább 40 ohm, akkor nincs jó állapotban.

Nyitott áramkör teszt

Itt a használt felszerelés krokodil kapcsok, öngyújtó és digitális multiméter. Itt az ellenállás mérése helyett kiszámítják a feszültséget. Most, az öngyújtóval melegítse fel a hőelem egyik végét. Amikor a multiméter 25-30 mV tartományban mutatja a feszültséget, akkor megfelelően működik. Vagy egyébként, ha a feszültség közel 20mV, akkor az eszközt ki kell cserélni.

Zárt áramkör teszt

Itt a használt felszerelés a krokodil kapcsok, a hőelem adapter és a digitális multiméter. Itt az adaptert a gázszelep belsejébe helyezzük, majd a hőelemet az adapter egyik széléhez. Kapcsolja be a multimétert. Amikor a leolvasás 12-15 mV tartományban van, a készülék megfelelő állapotban van. Vagy ha a feszültség leolvasása 12 mV alá csökken, ez hibás eszközt jelez.

Tehát a fenti tesztelési módszerek segítségével megtudható, hogy a hőelem megfelelően működik-e vagy sem.

Mi a különbség a termosztát és a hőelem között?

A termosztát és a hőelem közötti különbségek a következők:

Funkció	Hőelem	Termosztát
Hőmérséklet tartomány	-454-től 3272-ig⁰F	-112-302⁰F
Árkategória	Kevésbé	Magas
Stabilitás	Kevesebb stabilitást biztosít	Közepes stabilitást biztosít
Érzékenység	A hőelem kevésbé érzékeny	A termosztát a legjobb stabilitást nyújtja
Linearitás	Mérsékelt	Szegény
Rendszerköltség	Magas	Közepes

Előnyök hátrányok

A hőelemek előnyei a következők.

Nagy a pontosság
Robusztus, és olyan környezetekben is használható, mint a zord és a magas rezgés.
A termikus reakció gyors
A hőmérséklet működési tartománya széles.
Széles üzemi hőmérséklet-tartomány
A költségek alacsonyak és rendkívül következetesek

A hőelemek hátrányai a következők.

Nemlinearitás
Legalább stabilitás
Kisfeszültségű
Hivatkozás szükséges
legkevesebb érzékenység
A hőelem újrakalibrálása nehéz

Alkalmazások

Néhány hőelemek alkalmazása a következőket tartalmazzák.

Ezeket használják hőmérséklet-érzékelőkként termosztátokban irodákban, otthonokban, irodákban és vállalkozásokban.
Ezeket az iparban használják a vas, alumínium és fém fémek hőmérsékletének ellenőrzésére.
Ezeket az élelmiszeriparban kriogén és alacsony hőmérsékletű alkalmazásokhoz használják. A hőelemeket hőszivattyúként használják a hőelektromos hűtés végrehajtására.
Ezeket a vegyi üzemekben, a kőolajüzemekben a hőmérséklet tesztelésére használják.
Ezeket gázgépekben használják a kísérleti láng észlelésére.

Mi a különbség az RTD és a hőelem között?

A másik legfontosabb dolog, amelyet figyelembe kell venni a hőelem esetében, hogy miben különbözik az RTD-készüléktől. Tehát a táblázat bemutatja az RTD és a hőelem közötti különbségeket.

KTF	Hőelem
Az RTD széleskörűen alkalmas kisebb hőmérsékleti tartományok (-200 ° C) mérésére⁰C-tól 500-ig⁰C)	A hőelem magasabb hőmérsékleti tartomány (-180 ° C) mérésére alkalmas⁰C-tól 2320-ig⁰C)
Minimális kapcsolási tartomány esetén fokozott stabilitást mutat	Ezek minimális stabilitással rendelkeznek, és az eredmények nem pontosak, ha többször tesztelik őket
Nagyobb pontossággal rendelkezik, mint egy hőelem	A hőelem pontossága kisebb
Az érzékenységi tartomány nagyobb, és akár minimális hőmérséklet-változásokat is képes kiszámítani	Az érzékenységi tartomány kisebb, és ezek nem tudják kiszámítani a minimális hőmérséklet-változásokat
Az RTD eszközök jó válaszidővel rendelkeznek	A hőelemek gyors reagálást nyújtanak, mint az RTD
A kimenet lineáris alakú	A kimenet nem lineáris alakú
Ezek drágábbak, mint a hőelemek	Ezek gazdaságosabbak, mint a KTF-ek

Mi az az életszakasz?

A a hőelem élettartama az alkalmazáson alapul, amikor felhasználják. Tehát nem lehet konkrétan megjósolni a hőelem élettartamát. A készülék megfelelő karbantartása esetén a készülék hosszú élettartammal rendelkezik. Míg folyamatos használat után károsodhatnak az öregedési hatás miatt.

Emellett emiatt csökken a kimeneti teljesítmény, és a jelek gyenge hatékonyságúak lesznek. A hőelem ára sem magas. Tehát inkább a hőelem módosítását javasoljuk 2-3 évenként. Ez a válasz erre mekkora a hőelem élettartama ?

Így itt a hőelem áttekintéséről van szó. A fenti információkból végül arra következtethetünk, hogy a hőelem kimenet kiszámítható olyan módszerekkel, mint a multiméter, a potenciométer és az erősítő a kimeneti eszközök szerint. A hőelem fő célja, hogy következetes és közvetlen hőmérsékleti méréseket hozzon létre több különböző alkalmazásban.