ประเภทและหลักการทำงานของเทอร์โมคัปเปิล

ประเภทและหลักการทำงานของเทอร์โมคัปเปิล
หลักการทำงานของเทอร์โมคัปเปิล:
เมื่อตัวนำที่แตกต่างกันสองตัวและเซมิคอนดักเตอร์ A และ B จะสร้างวงจรที่มีปลายทั้งสองเชื่อมต่อกันตราบใดที่อุณหภูมิที่สองโหนดนั้นแตกต่างกันโดยปลายด้านหนึ่งมีอุณหภูมิของ T เรียกว่าจุดสิ้นสุดการทำงานหรือปลายร้อน ปรากฏการณ์ของการสร้างแรงไฟฟ้าเนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิเรียกว่าเอฟเฟกต์ SeeBeck มีสองเอฟเฟกต์ที่เกี่ยวข้องกับ SeeBeck: ประการแรกเมื่อกระแสไหลผ่านการเชื่อมต่อระหว่างตัวนำสองตัวที่แตกต่างกันความร้อนจะถูกดูดซึมหรือปล่อยออกมา (ขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแสไฟฟ้า) ซึ่งเรียกว่าเอฟเฟกต์ peltier; ประการที่สองเมื่อกระแสไหลผ่านตัวนำที่มีการไล่ระดับอุณหภูมิตัวนำจะดูดซับหรือปล่อยความร้อน (ขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแสที่สัมพันธ์กับการไล่ระดับอุณหภูมิ) หรือที่เรียกว่าเอฟเฟกต์ Thomson การรวมกันของตัวนำสองตัวที่แตกต่างกันหรือเซมิคอนดักเตอร์เรียกว่าเทอร์โมคัปเปิล eAb (t, t, t 0) ของเทอร์โมคัปเปิลนั้นประกอบด้วยศักยภาพในการสัมผัสและศักยภาพเทอร์โมอิเล็กทริก การติดต่อที่มีศักยภาพหมายถึงศักยภาพไฟฟ้าที่เกิดขึ้นที่จุดสัมผัสระหว่างตัวนำสองตัวหรือเซมิคอนดักเตอร์ที่แตกต่างกันซึ่งเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติของตัวนำทั้งสองหรือเซมิคอนดักเตอร์และอุณหภูมิที่จุดสัมผัส ศักยภาพของเทอร์โมอิเล็กทริกหมายถึงศักยภาพที่เกิดขึ้นที่ปลายสองด้านของตัวนำหรือเซมิคอนดักเตอร์เดียวกันที่อุณหภูมิต่างกัน ศักยภาพนี้เกี่ยวข้องกับคุณสมบัติของตัวนำหรือเซมิคอนดักเตอร์และอุณหภูมิที่ปลายทั้งสองและเป็นอิสระจากความยาวขนาดตัดและการกระจายอุณหภูมิตามทิศทางความยาวของตัวนำ ทั้งศักยภาพในการสัมผัสและศักยภาพเทอร์โมอิเล็กทริกถูกสร้างขึ้นเนื่องจากจำนวนอิเล็กตรอนที่เข้มข้นต่างกันที่จุดสิ้นสุดของการสัมผัสและศักยภาพของเทอร์โมอิเล็กทริกที่วัดโดยเทอร์โมคัปเปิลเป็นการรวมกันของทั้งสอง เมื่อวงจรถูกตัดการเชื่อมต่อจะมีความแตกต่างของแรงไฟฟ้า△ V ระหว่างจุดตัดการเชื่อมต่อ A และ B ซึ่งมีขั้วและขนาดสอดคล้องกับศักยภาพเทอร์โมอิเล็กทริกในวงจร และมีกำหนดว่าในตอนท้ายของความเย็นเมื่อกระแสไหลจาก A ถึง B, A เรียกว่าอิเล็กโทรดบวกและ B คืออิเล็กโทรดเชิงลบ การทดลองแสดงให้เห็นว่าเมื่อΔ V มีขนาดเล็กΔ V เป็นสัดส่วนโดยตรงกับΔ T. ศักยภาพเทอร์โมอิเล็กทริกที่แตกต่างกันของΔ V เทียบกับΔ T ถูกกำหนดให้เป็นอัตราที่มีศักยภาพเทอร์โมอิเล็กทริกหรือที่เรียกว่าสัมประสิทธิ์ SeeBeck เครื่องหมายและขนาดของสัมประสิทธิ์ Seebeck ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติเทอร์โมอิเล็กทริกของตัวนำทั้งสองที่ประกอบขึ้นเป็นเทอร์โมคัปเปิ้ลและความแตกต่างของอุณหภูมิที่ทางแยก ประเภทของเทอร์โมคัปเปิล
เทอร์โมคัปเปิลที่ใช้กันทั่วไปสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: เทอร์โมคัปเปิลมาตรฐานและเทอร์โมคัปเปิลที่ไม่ได้มาตรฐาน เทอร์โมคัปเปิลมาตรฐานที่เรียกว่าเทอร์โมคัปเปิลที่มีมาตรฐานระดับชาติที่ระบุความสัมพันธ์ระหว่างศักยภาพเทอร์โมอิเล็กทริกและอุณหภูมิช่วยให้เกิดข้อผิดพลาดและมีสเกลมาตรฐานแบบครบวงจร มีเครื่องมือแสดงผลที่ตรงกันสำหรับเลือก เทอร์โมคัปเปิลที่ไม่ได้มาตรฐานไม่ได้ใช้กันอย่างแพร่หลายหรือมีขนาดเท่ากันกับเทอร์โมคัปเปิลมาตรฐานและโดยทั่วไปไม่มีตารางการสอบเทียบแบบครบวงจร ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการวัดในบางโอกาสพิเศษ ตั้งแต่วันที่ 1 มกราคม 1988 เทอร์โมคัปเปิลและเทอร์มิสเตอร์ทั้งหมดในประเทศจีนได้รับการผลิตตามมาตรฐาน IEC International และเทอร์โมคัปเปิลมาตรฐานเจ็ดแห่ง ได้แก่ S, B, E, K, R, J และ T ได้รับการกำหนดให้เป็นเทอร์โมคัปเปิ้ลออกแบบแบบครบวงจรในประเทศจีน
1. K-type thermocouple Nickel Chromium (Nickel Silicon (อลูมิเนียมนิกเกิล) เทอร์โมคัปเปิล)
เทอร์โมคัปเปิล K-type เป็นเทอร์โมคัปเปิลโลหะราคาถูกที่มีความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันที่แข็งแกร่งซึ่งสามารถวัดอุณหภูมิของสื่อจาก 0 ถึง 1300 องศา เหมาะสำหรับการใช้งานอย่างต่อเนื่องในการออกซิไดซ์และก๊าซเฉื่อยโดยมีอุณหภูมิการใช้งานระยะสั้น 1200 องศาและอุณหภูมิการใช้งานระยะยาว 1,000 องศา ความสัมพันธ์ระหว่างศักยภาพของเทอร์โมอิเล็กทริกและอุณหภูมินั้นอยู่ที่ประมาณเชิงเส้นทำให้เป็นเทอร์โมคัปเปิลที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด อย่างไรก็ตามมันไม่เหมาะสำหรับการใช้งานลวดเปลือยในสุญญากาศ, ซัลเฟอร์ที่มีคาร์บอนที่มีบรรยากาศและบรรยากาศการลดออกซิเดชันแบบสลับกัน เมื่อความดันออกซิเจนบางส่วนอยู่ในระดับต่ำโครเมียมในอิเล็กโทรดโครเมียมนิกเกิลจะออกซิไดซ์โดยเฉพาะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญในศักยภาพเทอร์โมอิเล็กทริก อย่างไรก็ตามอิทธิพลของก๊าซโลหะที่มีอยู่ค่อนข้างเล็กดังนั้นจึงมักใช้หลอดป้องกันโลหะ
ข้อเสียของเทอร์โมคัปเปิล K-type:
(1) ความเสถียรที่อุณหภูมิสูงของศักยภาพเทอร์โมอิเล็กทริกนั้นด้อยกว่าเทอร์โมคัปเปิลชนิด N-type และเทอร์โมคัปเปิลโลหะมีค่าและมักจะได้รับความเสียหายเนื่องจากการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงกว่า (เช่นมากกว่า 1,000 องศา);
(2) เสถียรภาพการปั่นจักรยานความร้อนระยะสั้นไม่ดีในช่วงของระดับ 250-500 นั่นคือที่จุดอุณหภูมิเดียวกันการอ่านที่มีศักยภาพเทอร์โมอิเล็กทริกนั้นแตกต่างกันในระหว่างกระบวนการทำความร้อนและการระบายความร้อนและความแตกต่างสามารถเข้าถึง 2-3
(3) อิเล็กโทรดเชิงลบผ่านการแปลงแม่เหล็กภายในช่วงอุณหภูมิของ 150-200 องศาทำให้เกิดการเบี่ยงเบนจากตารางการสอบเทียบในช่วงอุณหภูมิของอุณหภูมิห้องถึง 230 องศา โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้ในสนามแม่เหล็กเวลาการรบกวนเทอร์โมอิเล็กทริกอิสระมักจะเกิดขึ้น
(4) การสัมผัสระยะยาวไปยังสภาพแวดล้อมการฉายรังสีของระบบส่งผ่านสูงอาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญในศักยภาพของเทอร์โมอิเล็กทริกเนื่องจากการย่อยสลายขององค์ประกอบเช่นแมงกานีส (MN) และโคบอลต์ (CO) ในอิเล็กโทรดเชิงลบส่งผลให้เสถียรภาพไม่ดี
2. เทอร์โมคัปเปิลประเภท S (แพลตตินัมโรเดียม 10 เทอร์โมคัปเปิลแพลตตินัม)
อิเล็กโทรดเชิงบวกของเทอร์โมคัปเปิลนี้ประกอบด้วยโลหะผสมโรเดียมแพลตตินัมที่มีโรเดียม 10% และอิเล็กโทรดเชิงลบคือแพลตตินัมบริสุทธิ์
ลักษณะของมันคือ:
(1) ประสิทธิภาพเทอร์โมอิเล็กทริกที่มีเสถียรภาพความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่แข็งแกร่งเหมาะสำหรับการใช้งานอย่างต่อเนื่องในบรรยากาศออกซิไดซ์อุณหภูมิการใช้งานระยะยาวสามารถสูงถึง 1300 องศา แม้ในอากาศลวดแพลตตินัมบริสุทธิ์จะตกผลึกใหม่ทำให้เกิดธัญพืชหยาบและการแตกหักเมื่อเกิน 1,400 องศา;
(2) ความแม่นยำสูงที่มีระดับความแม่นยำสูงสุดในทุกเทอร์โมคัปเปิลทั้งหมดมักใช้เป็นมาตรฐานหรือสำหรับการวัดอุณหภูมิที่สูงขึ้น
(3) ใช้กันอย่างแพร่หลายมีความสม่ำเสมอและความสามารถในการสลับกันได้ดี
(4) ข้อเสียหลักคือ: ศักยภาพเทอร์โมอิเล็กทริกที่แตกต่างกันมีขนาดเล็กส่งผลให้ความไวต่ำ; ราคาแพงความแข็งแรงเชิงกลต่ำไม่ใช่
เหมาะสำหรับใช้ภายใต้บรรยากาศลดหรือเงื่อนไขด้วยไอโลหะ
3. เทอร์โมคัปเปิลชนิด e (นิกเกิลโครเมียมคอปเปอร์นิกเกิล [คอนสแตนตาน] เทอร์โมคัปเปิล)
เทอร์โมคัปเปิลชนิด E-type เป็นผลิตภัณฑ์ที่ค่อนข้างใหม่โดยมีโลหะผสมโครเมียมนิกเกิลเป็นอิเล็กโทรดบวกและโลหะผสมนิกเกิลทองแดง (Constantan) เป็นอิเล็กโทรดเชิงลบ คุณสมบัติที่ใหญ่ที่สุดของมันคือในบรรดาเทอร์โมคัปเปิลที่ใช้กันทั่วไปมันมีศักยภาพเทอร์โมอิเล็กทริกสูงสุดนั่นคือความไวสูงสุด แม้ว่าช่วงแอปพลิเคชันจะไม่กว้างเท่ากับเทอร์โมคัปเปิ้ล K-type แต่ก็มักจะถูกเลือกภายใต้เงื่อนไขที่ต้องใช้ความไวสูงการนำความร้อนต่ำและความทนทานต่อความต้านทานสูง เงื่อนไขการ จำกัด ระหว่างการใช้งานเหมือนกับของ K-type แต่มันไม่ไวต่อการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูงขึ้น
4. เทอร์โมคัปเปิลประเภท N (นิกเกิลโครเมียมซิลิกอนนิเกิลซิลิคอนเทอร์โมคัปเปิล)
คุณสมบัติหลักของเทอร์โมคัปเปิลนี้คือ: ความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันของอุณหภูมิและการเกิดออกซิเดชันต่ำกว่า 1,300 องศาความเสถียรในระยะยาวที่ดีและการทำซ้ำวัฏจักรความร้อนระยะสั้นความต้านทานต่อรังสีนิวเคลียร์และประสิทธิภาพอุณหภูมิต่ำ นอกจากนี้ภายในช่วงขององศา 400-1300} ความเป็นเส้นตรงของลักษณะเทอร์โมอิเล็กทริกของเทอร์โมคัปเปิลชนิด N-type นั้นดีกว่าเทอร์โมคัปเปิลชนิด K; อย่างไรก็ตามข้อผิดพลาดแบบไม่เชิงเส้นค่อนข้างใหญ่ในช่วงอุณหภูมิต่ำ (-200 ~ 400 องศา) และวัสดุนั้นยากและยากที่จะประมวลผล
5. เทอร์โมคัปเปิลชนิด J (เทอร์โมคัปเปิล Constantan Irond
เทอร์โมคัปเปิล J-type: อิเล็กโทรดเชิงบวกของเทอร์โมคัปเปิลนี้เป็นเหล็กบริสุทธิ์และอิเล็กโทรดเชิงลบคือคอนสแตนติน (โลหะผสมนิกเกิลทองแดง) มันโดดเด่นด้วยราคาที่ต่ำและเหมาะสำหรับการลดออกซิเดชันสูญญากาศหรือบรรยากาศเฉื่อย ช่วงอุณหภูมิมาจาก -200 ถึง 800 องศา แต่อุณหภูมิที่ใช้กันทั่วไปจะต่ำกว่า 500 องศาเท่านั้นเนื่องจากเกินอุณหภูมินี้อัตราการเกิดออกซิเดชันของอิเล็กโทรดเฟอร์โรอิเล็กทริกจะถูกเร่ง หากใช้เส้นผ่านศูนย์กลางลวดหนามันยังสามารถใช้ที่อุณหภูมิสูงและมีอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น เทอร์โมคัปเปิลนี้มีความสามารถในการทนต่อการกัดกร่อนจากไฮโดรเจน (H2) และก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) แต่ไม่สามารถใช้ในอุณหภูมิสูง (เช่น 500 องศา) ที่ประกอบด้วยซัลเฟอร์
6. เทอร์โมคัปเปิล T-type (ทองแดงทองแดงเทอร์โมคัปเปิล)
เทอร์โมคัปเปิล T-type: อิเล็กโทรดเชิงบวกของเทอร์โมคัปเปิลนี้เป็นทองแดงบริสุทธิ์และอิเล็กโทรดเชิงลบคือโลหะผสมนิกเกิลทองแดง (หรือที่เรียกว่า Constantan) ลักษณะหลักของมันคือ:
ในบรรดาเทอร์โมคัปเปิลโลหะราคาถูกนั้นมีความแม่นยำสูงสุดและความสม่ำเสมอของอิเล็กโทรดเทอร์โมอิเล็กทริกที่ดี อุณหภูมิการทำงานคือ -200 ~ 350 องศา เนื่องจากการเกิดออกซิเดชันง่ายและการปลดฟิล์มออกไซด์ของอิเล็กโทรดร้อนทองแดงจึงควรไม่เกิน 300 องศาเมื่อใช้ในบรรยากาศออกซิไดซ์ ภายในช่วงของ -200 ~ 300 องศาพวกเขามีความไวสูง คุณสมบัติอีกอย่างของเทอร์โมคัปเปิล Constantan ทองแดงคือพวกเขามีราคาไม่แพงและราคาถูกที่สุดในบรรดาผลิตภัณฑ์มาตรฐานที่ใช้กันทั่วไปหลายชนิด
7. เทอร์โมคัปเปิลประเภท R (แพลตตินัมโรเดียม 13 เทอร์โมคัปเปิลแพลตตินัม)
อิเล็กโทรดเชิงบวกของเทอร์โมคัปเปิลนี้คือโลหะผสมโรเดียมแพลตตินัม 13% และอิเล็กโทรดเชิงลบคือแพลตตินัมบริสุทธิ์ เมื่อเทียบกับ S-type อัตราที่เป็นไปได้สูงกว่าประมาณ 15%
(1) ประสิทธิภาพเทอร์โมอิเล็กทริกที่มีเสถียรภาพความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่แข็งแกร่งเหมาะสำหรับการใช้งานอย่างต่อเนื่องในบรรยากาศออกซิไดซ์อุณหภูมิการใช้งานระยะยาวสามารถสูงถึง 1300 องศา แม้ในอากาศลวดแพลตตินัมบริสุทธิ์จะตกผลึกใหม่ทำให้เกิดธัญพืชหยาบและการแตกหักเมื่อเกิน 1,400 องศา;
(2) ความแม่นยำสูงที่มีระดับความแม่นยำสูงสุดในทุกเทอร์โมคัปเปิลทั้งหมดมักใช้เป็นมาตรฐานหรือสำหรับการวัดอุณหภูมิที่สูงขึ้น
(3) ใช้กันอย่างแพร่หลายมีความสม่ำเสมอและความสามารถในการสลับกันได้ดี
(4) ข้อเสียหลักคือ: ศักยภาพเทอร์โมอิเล็กทริกที่แตกต่างกันมีขนาดเล็กส่งผลให้ความไวต่ำ; ราคาแพงความแข็งแรงเชิงกลต่ำไม่ใช่
เหมาะสำหรับใช้ภายใต้บรรยากาศลดหรือเงื่อนไขด้วยไอโลหะ