NộI Dung
- Các loại cặp nhiệt điện
- Hạn chế của cặp nhiệt điện
- Ưu điểm và nhược điểm của cặp nhiệt điện
- Ứng dụng của cặp nhiệt điện
Cặp nhiệt điện là cảm biến nhiệt độ đơn giản được sử dụng trong suốt khoa học và công nghiệp. Chúng bao gồm hai dây kim loại khác nhau được nối với nhau tại một điểm hoặc điểm nối, thường được hàn cho độ chắc chắn và độ tin cậy.
Ở đầu cuối của các dây này, một cặp nhiệt điện tạo ra một điện áp đáp ứng với nhiệt độ đường giao nhau, kết quả của một hiện tượng gọi là hiệu ứng Seebeck, được phát hiện vào năm 1821 bởi nhà vật lý người Đức Thomas Seebeck.
Các loại cặp nhiệt điện
Bất kỳ hai dây kim loại khác nhau tiếp xúc sẽ tạo ra một điện áp khi được làm nóng; tuy nhiên, sự kết hợp nhất định của hợp kim là tiêu chuẩn vì mức độ đầu ra, tính ổn định và đặc tính hóa học của chúng.
Phổ biến nhất là cặp nhiệt điện kim loại cơ sở của cơ sở, được làm bằng sắt hoặc hợp kim của niken và các nguyên tố khác, và được gọi là Loại J, K, T, E và N, tùy thuộc vào thành phần.
Các cặp nhiệt điện kim loại cao quý, được làm bằng dây bạch kim và bạch kim để sử dụng ở nhiệt độ cao hơn, được gọi là loại R, S và B. Tùy thuộc vào loại, cặp nhiệt điện có thể đo nhiệt độ từ khoảng -270 độ C đến 1.700 độ C hoặc cao hơn ( khoảng -454 độ F đến 3.100 F hoặc cao hơn).
Hạn chế của cặp nhiệt điện
Những lợi thế và bất lợi của cặp nhiệt điện phụ thuộc vào tình huống, và điều quan trọng trước tiên là phải hiểu những hạn chế của chúng. Đầu ra của cặp nhiệt điện rất nhỏ, thường chỉ khoảng 0,001 volt ở nhiệt độ phòng, tăng khi nhiệt độ tăng. Mỗi loại có phương trình riêng để chuyển đổi điện áp thành nhiệt độ. Mối quan hệ không phải là một đường thẳng, vì vậy các phương trình này hơi phức tạp, với nhiều điều khoản. Mặc dù vậy, cặp nhiệt điện được giới hạn ở độ chính xác khoảng 1 C, hoặc khoảng 2 F, tốt nhất.
Để có được kết quả hiệu chuẩn, điện áp của cặp nhiệt điện phải được so sánh với giá trị tham chiếu, trước đây là một cặp nhiệt điện khác được ngâm trong bể nước đá. Thiết bị này tạo ra một đường giao nhau lạnh ở 0 0 C, hoặc 32 F, nhưng rõ ràng là rất bất tiện và bất tiện. Các mạch tham chiếu điểm băng điện tử hiện đại đã thay thế toàn bộ nước đá và cho phép sử dụng cặp nhiệt điện trong các ứng dụng di động.
Bởi vì các cặp nhiệt điện đòi hỏi sự tiếp xúc của hai kim loại khác nhau, chúng có thể bị ăn mòn, có thể ảnh hưởng đến hiệu chuẩn và độ chính xác của chúng. Trong môi trường khắc nghiệt, mối nối thường được bảo vệ trong vỏ thép, ngăn độ ẩm hoặc hóa chất làm hỏng dây dẫn. Tuy nhiên, chăm sóc và bảo trì các cặp nhiệt điện là cần thiết để có hiệu suất lâu dài.
Ưu điểm và nhược điểm của cặp nhiệt điện
Cặp nhiệt điện đơn giản, chắc chắn, dễ sản xuất và tương đối rẻ tiền. Chúng có thể được chế tạo bằng dây cực kỳ mịn để đo nhiệt độ của các vật nhỏ như côn trùng. Cặp nhiệt điện rất hữu ích trong phạm vi nhiệt độ rất rộng và có thể được chèn vào những vị trí khó như khoang cơ thể hoặc môi trường lạm dụng như lò phản ứng hạt nhân.
Đối với tất cả những ưu điểm này, những nhược điểm của cặp nhiệt điện phải được xem xét trước khi áp dụng chúng. Đầu ra mức millivolt đòi hỏi sự phức tạp bổ sung của các thiết bị điện tử được thiết kế cẩn thận, cả cho tham chiếu điểm băng và khuếch đại tín hiệu nhỏ.
Ngoài ra, đáp ứng điện áp thấp dễ bị nhiễu và nhiễu từ các thiết bị điện xung quanh. Cặp nhiệt điện có thể cần che chắn nối đất để có kết quả tốt. Độ chính xác được giới hạn trong khoảng 1 C (khoảng 2 F) và có thể giảm thêm do ăn mòn mối nối hoặc dây dẫn.
Ứng dụng của cặp nhiệt điện
Những lợi thế của cặp nhiệt điện đã dẫn đến sự kết hợp của chúng trong một loạt các tình huống, từ việc kiểm soát lò nướng gia đình đến giám sát nhiệt độ của máy bay, tàu vũ trụ và vệ tinh. Lò nung và nồi hấp sử dụng cặp nhiệt điện, cũng như máy ép và khuôn để sản xuất.
Nhiều cặp nhiệt điện có thể được kết nối với nhau thành chuỗi để tạo ra một cặp nhiệt điện, tạo ra điện áp lớn hơn để đáp ứng với nhiệt độ so với một cặp nhiệt điện. Thermopiles được sử dụng để chế tạo các thiết bị nhạy cảm để phát hiện bức xạ hồng ngoại. Thermopiles cũng có thể tạo ra năng lượng cho các đầu dò không gian từ sức nóng của sự phân rã phóng xạ trong một máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ.