Was ist ein Thermoelement? Funktionsprinzip und seine Anwendungen

Im Jahr 1821 enthüllte ein Physiker, nämlich „Thomas Seebeck“, dass, wenn zwei verschiedene Metalldrähte an beiden Enden einer Verbindungsstelle in einem Stromkreis verbunden wurden, wenn die an die Verbindungsstelle angelegte Temperatur vorhanden war, ein Stromfluss durch sie fließt die Rennbahn Dies ist als elektromagnetisches Feld (EMF) bekannt. Die Energie, die von der Schaltung erzeugt wird, wird als Seebeck-Effekt bezeichnet. Unter Verwendung des Effekts von Thomas Seebeck als Richtlinie arbeiteten die beiden italienischen Physiker Leopoldo Nobili und Macedonio Melloni im Jahr 1826 zusammen, um eine thermoelektrische Batterie zu entwerfen, die als thermischer Multiplikator bezeichnet wird. Sie entstand aus der Entdeckung der Thermoelektrizität von Seebeck durch Zusammenführen von a Galvanometer sowie eine Thermosäule zur Berechnung der Strahlung. Für seine Bemühungen identifizierten einige Leute Nobili als den Entdecker des Thermoelements.

Was ist ein Thermoelement?

Das Thermoelement kann als eine Art Temperatur definiert werden Sensor Dies wird verwendet, um die Temperatur an einem bestimmten Punkt in Form der EMF oder eines elektrischen Stroms zu messen. Dieser Sensor besteht aus zwei unterschiedlichen Metalldrähten, die an einer Verbindungsstelle miteinander verbunden sind. Die Temperatur kann an dieser Verbindungsstelle gemessen werden, und die Temperaturänderung des Metalldrahtes stimuliert die Spannungen.

Thermoelement

Die im Gerät erzeugte EMF-Menge ist sehr gering (Millivolt), daher müssen sehr empfindliche Geräte zur Berechnung der in der Schaltung erzeugten EMF verwendet werden. Die gängigen Geräte zur Berechnung der EMF sind das Spannungsausgleichspotentiometer und das gewöhnliche Galvanometer. Von diesen beiden wird ein Ausgleichspotentiometer physikalisch oder mechanisch verwendet.

Funktionsprinzip des Thermoelements

Das Thermoelementprinzip hängt hauptsächlich von den drei Effekten ab, nämlich Seebeck, Peltier und Thompson.

Siehe Beck-Effekt

Diese Art von Effekt tritt bei zwei unterschiedlichen Metallen auf. Wenn die Wärme einem der Metalldrähte zugeführt wird, wird der Elektronenfluss vom heißen Metalldraht zum kalten Metalldraht geleitet. Daher stimuliert Gleichstrom die Schaltung.

Peltier-Effekt

Dieser Peltier-Effekt ist dem Seebeck-Effekt entgegengesetzt. Dieser Effekt besagt, dass die Temperaturdifferenz zwischen zwei beliebigen Leitern gebildet werden kann, indem die Potentialänderung zwischen ihnen angewendet wird.

Thompson-Effekt

Dieser Effekt besagt, dass, wenn zwei unterschiedliche Metalle aneinander haften und wenn sie zwei Verbindungen bilden, die Spannung aufgrund des Temperaturgradienten die Gesamtlänge des Leiters induziert. Dies ist ein physikalisches Wort, das die Änderung der Geschwindigkeit und Richtung der Temperatur an einer genauen Position demonstriert.

Aufbau eines Thermoelements

Der Aufbau des Geräts ist unten dargestellt. Es besteht aus zwei verschiedenen Metalldrähten, die am Verbindungsende miteinander verbunden sind. Die Verbindungsstelle denkt als Messende. Das Ende der Kreuzung wird in drei Typen eingeteilt, nämlich nicht geerdete, geerdete und freiliegende Kreuzung.

Thermoelementkonstruktion

Ungrounded-Junction

Bei dieser Art von Verbindung sind die Leiter vollständig von der Schutzabdeckung getrennt. Die Anwendungen dieser Verbindung umfassen hauptsächlich Hochdruckanwendungsarbeiten. Der Hauptvorteil dieser Funktion besteht darin, den Streumagnetfeldeffekt zu verringern.

Grounded-Junction

Bei dieser Art von Verbindung sind die Metalldrähte sowie die Schutzabdeckung miteinander verbunden. Diese Funktion wird verwendet, um die Temperatur in der sauren Atmosphäre zu messen, und bietet Widerstand gegen das Rauschen.

Exposed-Junction

Die freiliegende Verbindung ist in den Bereichen anwendbar, in denen eine schnelle Reaktion erforderlich ist. Diese Art der Verbindung wird zur Messung der Gastemperatur verwendet. Das zur Herstellung des Temperatursensors verwendete Metall hängt im Wesentlichen vom berechneten Temperaturbereich ab.

Im Allgemeinen wird ein Thermoelement mit zwei verschiedenen Metalldrähten konstruiert, nämlich Eisen und Konstantan, die beim Erfassen des Elements durch Verbinden an einer Verbindungsstelle hergestellt werden, die als heiße Verbindungsstelle bezeichnet wird. Diese bestehen aus zwei Übergängen, ein Übergang ist durch ein Voltmeter verbunden oder Sender wobei der kalte Übergang und der zweite Übergang in einem Prozess verbunden sind, der als heißer Übergang bezeichnet wird.

Wie funktioniert ein Thermoelement?

Das Thermoelement-Diagramm wird im folgenden Bild gezeigt. Diese Schaltung kann aus zwei verschiedenen Metallen aufgebaut sein und sie werden durch Erzeugen von zwei Übergängen miteinander gekoppelt. Die beiden Metalle sind durch Schweißen von der Verbindung umgeben.

In dem obigen Diagramm sind die Übergänge mit P & Q und die Temperaturen mit T1 & T2 bezeichnet. Wenn die Temperatur der Verbindungsstelle voneinander verschieden ist, erzeugt die elektromagnetische Kraft in der Schaltung.

Thermoelementschaltung

Wenn sich die Temperatur am Übergangsende in ein Äquivalent verwandelt, erzeugt das Äquivalent sowie die umgekehrte elektromagnetische Kraft im Stromkreis, und es fließt kein Strom durch ihn. In ähnlicher Weise wird die Temperatur am Übergangsende unausgeglichen, dann induziert die Potentialänderung in dieser Schaltung.

Die Größe der in der Schaltung induzierten elektromagnetischen Kraft hängt von der Art des Materials ab, das für die Herstellung von Thermoelementen verwendet wird. Der gesamte Stromfluss im gesamten Stromkreis wird von den Messwerkzeugen berechnet.

Die in der Schaltung induzierte elektromagnetische Kraft wird durch die folgende Gleichung berechnet

E = a (∆Ө) + b (∆Ө) 2

Wobei ∆Ө die Temperaturdifferenz zwischen dem Ende des heißen Thermoelementübergangs und dem Ende des Referenzthermoelementübergangs ist, sind a & b Konstanten

Thermoelementtypen

Bevor auf die Diskussion der Thermoelementtypen eingegangen wird, muss berücksichtigt werden, dass das Thermoelement in einer Schutzhülle geschützt werden muss, um sich von den atmosphärischen Temperaturen zu isolieren. Diese Abdeckung minimiert die Korrosionsbelastung des Geräts erheblich.

Es gibt also viele Arten von Thermoelementen. Schauen wir uns diese genauer an.

Typ K. - Dies wird auch als Nickel-Chrom / Nickel-Alumel-Thermoelement bezeichnet. Es ist der am häufigsten verwendete Typ. Es verfügt über die Merkmale erhöhter Zuverlässigkeit, Genauigkeit und kostengünstig und kann für erweiterte Temperaturbereiche betrieben werden.

K Typ

Die Temperaturbereiche sind:

Draht mit Thermoelementqualität - -454F bis 2300F (-270)⁰C bis 1260⁰C)

Verlängerungskabel (0⁰C bis 200⁰C)

Dieser K-Typ hat eine Genauigkeit von

Standard +/- 2,2 ° C oder +/- 0,75% und die speziellen Grenzwerte sind +/- 1,1 ° C oder 0,4%

Typ J. - Es ist eine Mischung aus Eisen / Konstantan. Dies ist auch der am häufigsten verwendete Thermoelementtyp. Es verfügt über die Merkmale erhöhter Zuverlässigkeit, Genauigkeit und kostengünstig. Dieses Gerät kann nur für kleinere Temperaturbereiche betrieben werden und hat eine kurze Lebensdauer, wenn es in einem hohen Temperaturbereich betrieben wird.

J Typ

Die Temperaturbereiche sind:

Draht mit Thermoelementqualität - -210 bis 1400F (-210)⁰C bis 760⁰C)

Verlängerungskabel (0⁰C bis 200⁰C)

Dieser J-Typ hat eine Genauigkeit von

Standard +/- 2,2 ° C oder +/- 0,75% und die speziellen Grenzwerte sind +/- 1,1 ° C oder 0,4%

Typ T. - Es ist eine Mischung aus Kupfer / Konstantan. Das Thermoelement vom T-Typ bietet eine erhöhte Stabilität und wird im Allgemeinen für Anwendungen bei niedrigeren Temperaturen wie Gefriergeräte mit extrem niedriger Temperatur und Kryotechnik implementiert.

T-Typ

Die Temperaturbereiche sind:

Draht mit Thermoelementqualität - -270 bis 700F (-270)⁰C bis 370⁰C)

Verlängerungskabel (0⁰C bis 200⁰C)

Dieser T-Typ hat eine Genauigkeit von

Standard +/- 1,0 ° C oder +/- 0,75% und die speziellen Grenzwerte sind +/- 0,5 ° C oder 0,4%

Typ E. - Es ist eine Mischung aus Nickel-Chrom / Constantan. Es hat eine größere Signalfähigkeit und eine verbesserte Genauigkeit im Vergleich zu Thermoelementen vom Typ K und J, wenn es bei ≤ 1000F betrieben wird.

E-Typ

Die Temperaturbereiche sind:

Thermoelementdraht - -270 bis 1600F (-270)⁰C bis 870⁰C)

Verlängerungskabel (0⁰C bis 200⁰C)

Dieser T-Typ hat eine Genauigkeit von

Standard +/- 1,7 ° C oder +/- 0,5% und die speziellen Grenzwerte sind +/- 1,0 ° C oder 0,4%

Typ N. - Es wird entweder als Nicrosil- oder Nisil-Thermoelement betrachtet. Die Temperatur- und Genauigkeitsniveaus von Typ N sind ähnlich zu Typ K. Dieser Typ ist jedoch teurer als Typ K.

N Typ

Die Temperaturbereiche sind:

Draht mit Thermoelementqualität - -454F bis 2300F (-270)⁰C bis 392⁰C)

Verlängerungskabel (0⁰C bis 200⁰C)

Dieser T-Typ hat eine Genauigkeit von

Standard +/- 2,2 ° C oder +/- 0,75% und die speziellen Grenzwerte sind +/- 1,1 ° C oder 0,4%

Typ S. - Es wird entweder als Platin / Rhodium- oder 10% / Platin-Thermoelement betrachtet. Das Thermoelement vom Typ S ist extrem für Anwendungen im Hochtemperaturbereich implementiert, z. B. in Biotech- und Apothekenorganisationen. Aufgrund seiner erhöhten Genauigkeit und Stabilität wird es sogar für Anwendungen mit geringerem Temperaturbereich verwendet.

S Typ

Die Temperaturbereiche sind:

Thermoelementdraht - -58F bis 2700F (-50⁰C bis 1480⁰C)

Verlängerungskabel (0⁰C bis 200⁰C)

Dieser T-Typ hat eine Genauigkeit von

Standard +/- 1,5 ° C oder +/- 0,25% und die speziellen Grenzwerte sind +/- 0,6 ° C oder 0,1%

Typ R. - Es wird entweder als Platin / Rhodium- oder 13% / Platin-Thermoelement betrachtet. Das Thermoelement vom Typ S ist für Anwendungen im Hochtemperaturbereich äußerst implementiert. Diese Art ist in einer höheren Menge Rhodium als Typ S enthalten, was das Gerät teurer macht. Die Merkmale und die Leistung von Typ R und S sind nahezu ähnlich. Aufgrund seiner erhöhten Genauigkeit und Stabilität wird es sogar für Anwendungen mit geringerem Temperaturbereich verwendet.

R Typ

Die Temperaturbereiche sind:

Thermoelementdraht - -58F bis 2700F (-50⁰C bis 1480⁰C)

Verlängerungskabel (0⁰C bis 200⁰C)

Dieser T-Typ hat eine Genauigkeit von

Standard +/- 1,5 ° C oder +/- 0,25% und die speziellen Grenzwerte sind +/- 0,6 ° C oder 0,1%

Typ B. - Es wird entweder als 30% Platin-Rhodium oder als 60% Platin-Rhodium-Thermoelement angesehen. Dies ist im höheren Bereich von Temperaturanwendungen weit verbreitet. Von allen oben aufgeführten Typen hat Typ B die höchste Temperaturgrenze. Bei erhöhten Temperaturen hält das Thermoelement vom Typ B eine erhöhte Stabilität und Genauigkeit.

B Typ

Die Temperaturbereiche sind:

Thermoelementdraht - 32F bis 3100F (0⁰C bis 1700⁰C)

Verlängerungskabel (0⁰C bis 100⁰C)

Dieser T-Typ hat eine Genauigkeit von

Standard +/- 0,5%

Die Typen S, R und B gelten als Edelmetall-Thermoelemente. Diese werden ausgewählt, weil sie auch in hohen Temperaturbereichen funktionieren können und eine hohe Genauigkeit und eine lange Lebensdauer bieten. Im Vergleich zu unedlen Metalltypen sind diese jedoch teurer.

Bei der Auswahl eines Thermoelements müssen viele Faktoren berücksichtigt werden, die zu ihren Anwendungen passen.

• Überprüfen Sie, welche niedrigen und hohen Temperaturbereiche für Ihre Anwendung erforderlich sind.
• Welches Budget des Thermoelements soll verwendet werden?
• Wie viel Prozent der Genauigkeit sollen verwendet werden?
• Unter welchen atmosphärischen Bedingungen wird das Thermoelement wie inert gasförmig oder oxidierend betrieben
• Wie hoch ist die erwartete Reaktion, was bedeutet, wie schnell das Gerät auf Temperaturänderungen reagieren muss?
• Welche Lebensdauer ist erforderlich?
• Überprüfen Sie vor dem Betrieb, ob das Gerät in Wasser eingetaucht ist oder nicht und bis zu welcher Tiefe?
• Wird die Nutzung des Thermoelements entweder intermittierend oder kontinuierlich sein?
• Wird das Thermoelement während der gesamten Lebensdauer des Geräts verdreht oder gebogen?

Woher wissen Sie, ob Sie ein schlechtes Thermoelement haben?

Um zu wissen, ob ein Thermoelement einwandfrei funktioniert, muss das Gerät getestet werden. Bevor Sie mit dem Austausch des Geräts beginnen, müssen Sie überprüfen, ob es tatsächlich funktioniert oder nicht. Dazu reichen ein Multimeter und Grundkenntnisse der Elektronik völlig aus. Es gibt hauptsächlich drei Ansätze zum Testen des Thermoelements mit einem Multimeter, die im Folgenden erläutert werden:

Widerstandstest

Um diesen Test durchzuführen, muss das Gerät in eine Gasgerätelinie gestellt werden, und die erforderliche Ausrüstung sind Digitalmultimeter und Krokodilklemmen.

Vorgehensweise - Verbinden Sie die Krokodilklemmen mit den Abschnitten im Multimeter. Befestigen Sie die Clips an beiden Enden des Thermoelements, wobei ein Ende in das Gasventil gefaltet wird. Schalten Sie nun das Multimeter ein und notieren Sie sich die Leseoptionen. Wenn das Multimeter Ohm in kleiner Reihenfolge anzeigt, ist das Thermoelement in einwandfreiem Zustand. Oder wenn der Messwert 40 Ohm oder mehr beträgt, ist er nicht in gutem Zustand.

Unterbrechungstest

Hier werden Krokodilklemmen, ein Feuerzeug und ein Digitalmultimeter verwendet. Hier wird anstelle der Widerstandsmessung die Spannung berechnet. Erhitzen Sie nun mit dem Feuerzeug ein Ende des Thermoelements. Wenn das Multimeter eine Spannung im Bereich von 25 bis 30 mV anzeigt, funktioniert es ordnungsgemäß. Wenn die Spannung nahe 20 mV liegt, muss das Gerät ausgetauscht werden.

Closed Circuit Test

Hier werden Krokodilklemmen, Thermoelementadapter und Digitalmultimeter verwendet. Hier wird der Adapter innerhalb des Gasventils platziert und dann wird das Thermoelement an einer Kante des Adapters platziert. Schalten Sie nun das Multimeter ein. Wenn der Messwert im Bereich von 12-15 mV liegt, befindet sich das Gerät in einem ordnungsgemäßen Zustand. Wenn der Spannungswert unter 12 mV fällt, weist dies auf ein fehlerhaftes Gerät hin.

Mit den oben genannten Testmethoden kann man also herausfinden, ob ein Thermoelement richtig funktioniert oder nicht.

Was ist der Unterschied zwischen Thermostat und Thermoelement?

Die Unterschiede zwischen Thermostat und Thermoelement sind:

Vorteile Nachteile

Die Vorteile von Thermoelementen umfassen Folgendes.

• Die Genauigkeit ist hoch
• Es ist robust und kann in Umgebungen wie rauen und starken Vibrationen eingesetzt werden.
• Die thermische Reaktion ist schnell
• Der Betriebsbereich der Temperatur ist breit.
• Breiter Betriebstemperaturbereich
• Die Kosten sind niedrig und äußerst konstant

Die Nachteile von Thermoelementen umfassen die folgenden.

• Nichtlinearität
• Am wenigsten Stabilität
• Niederspannung
• Referenz ist erforderlich
• geringste Empfindlichkeit
• Die Neukalibrierung des Thermoelements ist schwierig

Anwendungen

Einige der Anwendungen von Thermoelementen das Folgende einschließen.

• Diese werden als Temperatursensoren verwendet in Thermostaten in Büros, Wohnungen, Büros und Unternehmen.
• Diese werden in der Industrie zur Überwachung der Temperaturen von Metallen in Eisen, Aluminium und Metall verwendet.
• Diese werden in der Lebensmittelindustrie für kryogene und Niedertemperaturanwendungen eingesetzt. Thermoelemente werden als Wärmepumpe zur thermoelektrischen Kühlung eingesetzt.
• Diese werden verwendet, um die Temperatur in Chemiefabriken, Erdölanlagen, zu testen.
• Diese werden in Gasmaschinen zur Erfassung der Zündflamme eingesetzt.

Was ist der Unterschied zwischen RTD und Thermoelement?

Das andere, was beim Thermoelement zu beachten ist, ist, wie es sich vom RTD-Gerät unterscheidet. In der Tabelle werden die Unterschiede zwischen Widerstandsthermometer und Thermoelement erläutert.

Was ist die Lebensdauer?

Das Lebensdauer des Thermoelements basiert auf der Anwendung, wenn sie verwendet wird. Man kann also die Lebensdauer des Thermoelements nicht spezifisch vorhersagen. Wenn das Gerät ordnungsgemäß gewartet wird, hat das Gerät eine lange Lebensdauer. Nach fortwährendem Gebrauch können sie durch den Alterungseffekt beschädigt werden.

Aus diesem Grund wird auch die Ausgangsleistung verringert und die Signale weisen einen schlechten Wirkungsgrad auf. Der Preis für das Thermoelement ist ebenfalls nicht hoch. Es wird daher empfohlen, das Thermoelement alle 2-3 Jahre zu modifizieren. Dies ist die Antwort auf Was ist die Lebensdauer eines Thermoelements? ?

Hier geht es also um eine Übersicht über das Thermoelement. Aus den obigen Informationen können wir schließlich schließen, dass die Messung von Thermoelementausgang kann mit Methoden wie Multimeter, Potentiometer und Verstärker von Ausgabegeräten berechnet werden. Der Hauptzweck des Thermoelements besteht darin, konsistente und direkte Temperaturmessungen in verschiedenen Anwendungen durchzuführen.