צמד תרמי הוא מתמר תרמו-אלקטרי. במילים אחרות, מדובר במכשיר המשמש למדידת טמפרטורות בתחומים שונים: ברפואה, בתעשייה, במדע, במערכות אוטומציה וכן בחיי היומיום. כיום, צמדים תרמיים נפוצים ונמצאים בשימוש כמעט בכל מקום. בפועל, הצמדים התרמיים הנפוצים ביותר הם מסוג K, וכן J ו-T. הם משמשים למדידת טמפרטורות מים, אוויר, גזים, חומרי סיכה וכו'.
תוֹכֶן
- סיווג לפי סוג
- מפרטי המכשיר
- עקרון בסיסי של עבודה
- יתרונות וחסרונות
סיווג לפי סוג
אם תרצה, אפשר ליצור מכשיר כזה אפילו באופן עצמאי. עם זאת, אתה עדיין צריך לדעת כמה מהתכונות של ממירים כאלה, ההבדל שלהם בסוג החומרים המשמשים. וסוגי הצמדים התרמיים מסווגים כדלקמן:
-
סוג E. משומש סגסוגת כרומל - קבוע. חיישנים אלה הם רגישים ביותר - עד 68 µV / ° C. מתאים לשימוש קריוגני. טמפרטורות היישום נעות בין -50 מעלות צלזיוס ל-+740 מעלות צלזיוס. - סוג J. כאן נעשה שימוש בהרכב ברזל - קבוען. משמש לתנאים בטווח הטמפרטורות שבין -40 מעלות צלזיוס עד +750 מעלות צלזיוס. בעל פרודוקטיביות מוגברת של -50 µV / ° С.
- צמדים תרמיים מסוג K עשויים מסגסוגת כרומל-אלומיניום. אלו הם ללא ספק החיישנים הפופולריים ביותר לשימוש כללי. יש להם ביצועים של עד 41 μV / ° C. הם משמשים בטווחי טמפרטורות מ-200 מעלות צלזיוס עד +1350 מעלות צלזיוס. בתנאים שאינם מחמצנים ואינרטיים, משתמשים בחיישנים מסוג K עד 1260 מעלות צלזיוס.
- סוג M. צמדים תרמיים אלה משמשים בעיקר בתנורי ואקום. מתאים לטמפרטורות של עד +1400 מעלות צלזיוס.
-
רגולטורים מסוג N - nikrosil-nisil. הם יציבים ועמידים בפני חמצון ובעלי ביצועים של 39 μV / ° C. לכן, הם משמשים בטמפרטורות מ-270 מעלות צלזיוס עד +1300 מעלות צלזיוס. - סוגים B, R ו-S זמינים בסגסוגת רודיום-פלטינה. Class B, R ו-S - חיישנים די יקרים ובעלי ביצועים נמוכים: רק 10 μV / ° C. בשל האמינות הגבוהה שלהם, הם משמשים אך ורק למדידת טמפרטורות גבוהות.
- חיישנים המבוססים על סגסוגות רניום וטונגסטן. הם עובדים בעיקר באוטומציה של תהליכים תעשייתיים, בייצור מימן וכדומה. לא מומלץ לשימוש בסביבות חומציות.
מפרטי המכשיר
ראוי לציין כי צמדים תרמיים אינם זקוקים לספק כוח נוסף. הם משמשים למדידת טמפרטורות בטווח רחב למדי: מ -200 מעלות צלזיוס עד +2000 מעלות צלזיוס. יתר על כן, יש להם פרמטרים משתנים. גם זה בעייתי יש לקחת בחשבון את השפעת הטמפרטורה של הקצוות החופשיים על תוצאות המדידה הסופיות. בנוסף, מתח המוצא הנמוך דורש מגברים מדויקים למדי.
מדי חום דיגיטליים קומפקטיים הם דוגמה בולטת לשימוש במכשירים המבוססים על העיקרון של צמדים תרמיים. נכון לעכשיו, זהו המכשיר העיקרי ואולי הנפוץ ביותר לביצוע מדידות סטטיות ודינמיות.
אות המוצא של הצמד התרמי הוא מתח קבוע. ניתן להמיר אותו בקלות לקוד דיגיטלי. ואז אפשר למדוד אותו עם המכשירים הפשוטים ביותר. למטרות אלה, אתה יכול לקחת, למשל, מולטימטר דיגיטלי בגודל קטן.
תכונה מכשירי מדידה תרמיים דיוק ורגישות גבוהים, כמו גם נכונות מאפייני ההמרה. בדרך כלל, מתח המוצא נע בין 0 ל-50 mV, וביצועים טיפוסיים נעים בין 10 ל-50 μV / ° C. הכל תלוי בחומרים המשמשים בחיישן.
עקרון בסיסי של עבודה
עקרון הפעולה של צמד תרמי מבוסס על האפקט התרמו-אלקטרי, הנקרא אחרת אפקט סיבק. הוא קובע שכאשר מוליך חשוף, ההתנגדות והמתח שלו משתנים בהתאם.
עקרון הפעולה של צמד תרמי הוא שאם שני מוליכים מתכתיים שונים מחוברים בסדרה, אז נוצר מעגל חשמלי סגור. אם לאחר מכן מחממים את החיבור הזה, אז נוצר כוח אלקטרו-מוטורי (תרמו-EMF) במעגל. בהשפעתו, זרם חשמלי נוצר במעגל סגור.
מקום החימום, ככלל, נקרא צומת חם; בהתאם לכך, הצומת הקר אינו מתחמם. ערך התרמו-EMF נמדד על ידי חיבור גלוונומטר או מיקרו-וולטמטר להפסקה במעגל החשמלי. כלומר, זה תלוי ישירות בהפרש הטמפרטורה בין הצומת הקר לחם.
בשל החימום של הצומת של מוליכים תרמיים, נוצר הבדל פוטנציאלי בין הקצוות החופשיים. ניתן להמיר אותו בקלות לקוד דיגיטלי. ניתן לקבוע את טמפרטורת החימום בצומת המוליכים.
למדידות מדויקות, הצומת הקרה חייב להיות תמיד בטמפרטורה קבועה. מכיוון שזה די קשה להשגה, נעשה שימוש בתוכניות פיצויים.
יתרונות וחסרונות
צמדים תרמיים מציעים יתרונות רבים על פני חיישני טמפרטורה תרמו-אלקטריים דומים. היתרונות, למשל, כוללים:
- בנייה פשוטה;
- כוח;
- מהימנות;
- רבגוניות;
- זול;
- ניתן להשתמש במגוון תנאים;
- ניתן למדוד מגוון רחב של טמפרטורות;
- את הדיוק של המדידות.
עם זאת, כמו כל מכשיר אחר, לחיישנים האלה יש את החסרונות שלהם:
- מתח פלט נמוך למדי;
- חוסר ליניאריות.
מדידת טמפרטורה באמצעות צמדים תרמיים, שהומצאו במאה ה-19, נמצאת בשימוש נרחב בייצור מודרני. בנוסף, ישנם תחומי פעילות בהם השימוש בחיישנים אלו הוא לעיתים הדרך היחידה האפשרית להשיג את המדידות הדרושות.
