Apa itu Termokopel: Prinsip Kerja & Aplikasinya

Pada tahun 1821, seorang ahli fizik bernama 'Thomas Seebeck' mendedahkan bahawa apabila dua wayar logam yang berlainan dihubungkan pada kedua hujung satu persimpangan dalam litar ketika suhu berlaku pada persimpangan, akan ada aliran arus melalui litar yang dikenali sebagai medan elektromagnetik (EMF). Tenaga yang dihasilkan oleh litar dinamakan Seebeck Effect. Menggunakan kesan Thomas Seebeck sebagai garis panduannya, kedua-dua ahli fizik Itali iaitu Leopoldo Nobili dan Macedonio Melloni berkolaborasi untuk merancang bateri termoelektrik pada tahun 1826, yang disebut pengganda termal, ia berasal dari penemuan termoelektrik Seebeck dengan menggabungkan galvanometer serta termopile untuk mengira sinaran. Atas usahanya, beberapa orang mengenal pasti Nobili sebagai penemu termokopel.

Apa itu Termokopel?

Termokopel boleh didefinisikan sebagai sejenis suhu sensor yang digunakan untuk mengukur suhu pada satu titik tertentu dalam bentuk EMF atau arus elektrik. Sensor ini terdiri daripada dua wayar logam yang berbeza yang disambungkan bersama pada satu persimpangan. Suhu dapat diukur di persimpangan ini, dan perubahan suhu wayar logam merangsang voltan.

Termokopel

Jumlah EMF yang dihasilkan dalam peranti adalah sangat kecil (milivolt), jadi alat yang sangat sensitif mesti digunakan untuk mengira e.m.f yang dihasilkan dalam litar. Peranti yang biasa digunakan untuk mengira e.m adalah potensiometer pengimbang voltan dan galvanometer biasa. Dari keduanya, potensiometer pengimbang digunakan secara fizikal atau mekanikal.

Prinsip Kerja Termokopel

The prinsip termokopel terutamanya bergantung pada tiga kesan iaitu Seebeck, Peltier, dan Thompson.

Lihat kesan beck

Jenis kesan ini berlaku di antara dua logam yang berbeza. Apabila haba menawarkan kepada salah satu wayar logam, maka aliran elektron membekalkan dari wayar logam panas ke wayar logam sejuk. Oleh itu, arus terus merangsang litar.

Kesan Peltier

Kesan Peltier ini bertentangan dengan kesan Seebeck. Kesan ini menyatakan bahawa perbezaan suhu dapat terbentuk di antara dua konduktor yang tidak sama dengan menerapkan kemungkinan variasi di antara mereka.

Kesan Thompson

Kesan ini menyatakan bahawa apabila dua logam yang berbeza menyatu bersama & jika mereka membentuk dua sendi maka voltan mendorong panjang keseluruhan konduktor kerana kecerunan suhu. Ini adalah kata fizikal yang menunjukkan perubahan kadar dan arah suhu pada kedudukan yang tepat.

Pembinaan Termokopel

Pembinaan peranti ditunjukkan di bawah. Ia terdiri daripada dua wayar logam yang berbeza dan dihubungkan bersama di hujung persimpangan. Persimpangan itu difikirkan sebagai hujung pengukur. Hujung simpang dikelaskan kepada tiga jenis iaitu persimpangan yang tidak dibumikan, dibumikan, dan terdedah.

Pembinaan Termokopel

Tidak Berpasangan-Persimpangan

Dalam persimpangan jenis ini, konduktor dipisahkan sepenuhnya dari penutup pelindung. Aplikasi persimpangan ini merangkumi kerja-kerja aplikasi tekanan tinggi. Manfaat utama menggunakan fungsi ini adalah untuk mengurangkan kesan medan magnet sesat.

Landasan-Persimpangan

Dalam persimpangan jenis ini, wayar logam, serta penutup pelindung, disambungkan bersama. Fungsi ini digunakan untuk mengukur suhu dalam suasana berasid, dan memberikan ketahanan terhadap kebisingan.

Terdedah-Persimpangan

Persimpangan terdedah berlaku di kawasan di mana tindak balas cepat diperlukan. Jenis simpang ini digunakan untuk mengukur suhu gas. Logam yang digunakan untuk membuat sensor suhu pada dasarnya bergantung pada julat pengiraan suhu.

Secara amnya, termokopel direka dengan dua wayar logam yang berbeza iaitu besi dan konstantan yang membuat elemen mengesan dengan menghubungkan pada satu persimpangan yang dinamakan sebagai persimpangan panas. Ini terdiri daripada dua persimpangan, satu persimpangan dihubungkan oleh voltmeter atau pemancar di mana persimpangan sejuk dan persimpangan kedua dikaitkan dalam proses yang dipanggil simpang panas.

Bagaimana Termokopel Berfungsi?

The gambarajah termokopel ditunjukkan dalam gambar di bawah. Litar ini dapat dibina dengan dua logam yang berbeza, dan mereka digabungkan bersama dengan menghasilkan dua persimpangan. Kedua-dua logam dikelilingi oleh sambungan melalui pengelasan.

Dalam rajah di atas, persimpangan dilambangkan oleh P & Q, dan suhu dilambangkan oleh T1, & T2. Apabila suhu persimpangan berbeza antara satu sama lain, maka daya elektromagnetik dihasilkan dalam litar.

Litar Termokopel

Sekiranya suhu sederhana di hujung persimpangan berubah menjadi setara, maka daya setara, serta daya elektromagnetik terbalik, menghasilkan dalam litar, dan tidak ada aliran arus melaluinya. Begitu juga, suhu di hujung persimpangan menjadi tidak seimbang, maka kemungkinan perubahan berlaku dalam litar ini.

Besarnya daya elektromagnetik yang disebabkan oleh litar bergantung pada jenis bahan yang digunakan untuk pembuatan termokopel. Keseluruhan aliran arus di seluruh litar dikira oleh alat pengukur.

Daya elektromagnetik yang disebabkan dalam litar dikira dengan persamaan berikut

E = a (∆Ө) + b (∆Ө) 2

Di mana ∆Ө adalah perbezaan suhu di antara hujung persimpangan termokopel panas dan juga hujung simpang termokopel rujukan, a & b adalah pemalar

Jenis Termokopel

Sebelum membincangkan jenis termokopel, perlu dipertimbangkan bahawa termokopel perlu dilindungi dalam sarung pelindung untuk mengasingkan diri dari suhu atmosfera. Penutup ini akan mengurangkan kesan kakisan pada peranti dengan ketara.

Jadi, terdapat banyak jenis termokopel. Mari kita perhatikan secara terperinci.

Taipkan K - Ini juga disebut sebagai termokopel jenis Nikel-Kromium / Nikel-Alumel. Ia adalah jenis yang paling biasa digunakan. Ini mempunyai ciri-ciri peningkatan kebolehpercayaan, ketepatan, dan murah dan dapat beroperasi untuk julat suhu yang diperpanjang.

Jenis K

Julat suhu adalah:

Kawat gred termokopel - -454F hingga 2300F (-270⁰C hingga 1260⁰C)

Kawat pemanjangan (0⁰C hingga 200⁰C)

Jenis K ini mempunyai tahap ketepatan

Standard +/- 2.2C atau +/- 0.75% dan had khas ialah +/- 1.1C atau 0.4%

Taipkan J - Ini adalah campuran Besi / Constantan. Ini juga merupakan jenis termokopel yang paling banyak digunakan. Ia mempunyai ciri-ciri peningkatan kebolehpercayaan, ketepatan, dan murah. Peranti ini hanya boleh dikendalikan untuk julat suhu yang lebih rendah dan mempunyai jangka hayat yang pendek apabila dikendalikan pada suhu yang tinggi.

Jenis J

Julat suhu adalah:

Kawat gred termokopel - -346F hingga 1400F (-210⁰C hingga 760⁰C)

Kawat pemanjangan (0⁰C hingga 200⁰C)

Jenis J ini mempunyai tahap ketepatan

Standard +/- 2.2C atau +/- 0.75% dan had khas ialah +/- 1.1C atau 0.4%

Taipkan T - Ini adalah campuran Tembaga / Constantan. Termokopel jenis T mempunyai kestabilan yang meningkat dan secara amnya dilaksanakan untuk aplikasi suhu yang lebih rendah seperti pembeku suhu rendah dan kriogenik.

Jenis T

Julat suhu adalah:

Kawat gred termokopel - -454F hingga 700F (-270⁰C hingga 370⁰C)

Kawat pemanjangan (0⁰C hingga 200⁰C)

Jenis-T ini mempunyai tahap ketepatan

Standard +/- 1.0C atau +/- 0.75% dan had khas ialah +/- 0.5C atau 0.4%

Taip E - Ini adalah campuran Nikel-Kromium / Constantan. Ia mempunyai kemampuan isyarat yang lebih besar dan ketepatan yang lebih baik jika dibandingkan dengan termokopel Jenis K dan J ketika dikendalikan pada ≤ 1000F.

Jenis E

Julat suhu adalah:

Kawat gred termokopel - -454F hingga 1600F (-270⁰C hingga 870⁰C)

Kawat pemanjangan (0⁰C hingga 200⁰C)

Jenis-T ini mempunyai tahap ketepatan

Standard +/- 1.7C atau +/- 0.5% dan had khas ialah +/- 1.0C atau 0.4%

Taip N - Ia dianggap sebagai termokopel Nicrosil atau Nisil. Tahap suhu dan ketepatan jenis N serupa dengan jenis K. Tetapi jenis ini lebih mahal daripada jenis K.

Jenis N

Julat suhu adalah:

Kawat gred termokopel - -454F hingga 2300F (-270⁰C hingga 392⁰C)

Kawat pemanjangan (0⁰C hingga 200⁰C)

Jenis-T ini mempunyai tahap ketepatan

Standard +/- 2.2C atau +/- 0.75% dan had khas ialah +/- 1.1C atau 0.4%

Taip S - Ia dianggap sebagai termokopel Platinum / Rhodium atau 10% / Platinum. Termokopel jenis S sangat dilaksanakan untuk aplikasi suhu tinggi seperti di organisasi Bioteknologi dan farmasi. Ia bahkan digunakan untuk aplikasi julat suhu yang lebih rendah kerana peningkatan ketepatan dan kestabilannya.

Jenis S

Julat suhu adalah:

Kawat gred termokopel - -58F hingga 2700F (-50⁰C hingga 1480⁰C)

Kawat pemanjangan (0⁰C hingga 200⁰C)

Jenis-T ini mempunyai tahap ketepatan

Standard +/- 1.5C atau +/- 0.25% dan had khas ialah +/- 0.6C atau 0.1%

Taip R - Ia dianggap sebagai Platinum / Rhodium atau 13% / Platinum termokopel. Termokopel jenis S sangat dilaksanakan untuk aplikasi julat suhu tinggi. Jenis ini disertakan dengan jumlah Rhodium yang lebih tinggi daripada Jenis S yang menjadikan peranti lebih mahal. Ciri dan prestasi jenis R dan S hampir serupa. Ia bahkan digunakan untuk aplikasi julat suhu yang lebih rendah kerana peningkatan ketepatan dan kestabilannya.

Jenis R

Julat suhu adalah:

Kawat gred termokopel - -58F hingga 2700F (-50⁰C hingga 1480⁰C)

Kawat pemanjangan (0⁰C hingga 200⁰C)

Jenis-T ini mempunyai tahap ketepatan

Standard +/- 1.5C atau +/- 0.25% dan had khas ialah +/- 0.6C atau 0.1%

Jenis B - Ia dianggap sebagai 30% Platinum Rhodium atau 60% dari termokopel Platinum Rhodium. Ini banyak digunakan dalam aplikasi suhu yang lebih tinggi. Dari semua jenis yang disenaraikan di atas, jenis B mempunyai had suhu tertinggi. Pada tahap peningkatan suhu, termokopel jenis B akan menahan kestabilan dan ketepatan yang meningkat.

Jenis B

Julat suhu adalah:

Kawat gred termokopel - 32F hingga 3100F (0⁰C hingga 1700⁰C)

Kawat pemanjangan (0⁰C hingga 100⁰C)

Jenis-T ini mempunyai tahap ketepatan

Standard +/- 0.5%

Jenis S, R, dan B dianggap termokopel logam mulia. Ini dipilih kerana dapat berfungsi walaupun pada julat suhu tinggi memberikan ketepatan yang hebat dan jangka hayat yang panjang. Tetapi, jika dibandingkan dengan jenis logam asas, ini lebih mahal.

Semasa memilih termokopel, seseorang harus mempertimbangkan banyak faktor yang sesuai dengan aplikasinya.

• Periksa apakah julat suhu rendah dan tinggi yang diperlukan untuk aplikasi anda?
• Berapakah anggaran termokopel yang akan digunakan?
• Berapa peratus ketepatan yang akan digunakan?
• Dalam keadaan atmosfera, adakah termokopel dikendalikan seperti gas lengai atau pengoksidaan
• Berapakah tahap tindak balas yang diharapkan yang bermaksud seberapa cepat peranti perlu bertindak balas terhadap perubahan suhu?
• Apakah jangka hayat yang diperlukan?
• Periksa sebelum operasi bahawa peranti itu direndam dalam air atau tidak dan ke tahap kedalaman mana?
• Adakah penggunaan termokopel sama ada berselang atau berterusan?
• Adakah termokopel boleh dipusingkan atau dilenturkan sepanjang masa peranti?

Bagaimana Anda Tahu Jika Anda Mempunyai Termokopel Buruk?

Untuk mengetahui sama ada termokopel berfungsi dengan sempurna, seseorang perlu melakukan ujian peranti. Sebelum melakukan penggantian peranti, seseorang harus memastikan bahawa ia benar-benar berfungsi atau tidak. Untuk melakukan ini, multimeter dan pengetahuan asas mengenai elektronik sudah cukup. Terdapat terutamanya tiga pendekatan untuk menguji termokopel menggunakan multimeter dan yang dijelaskan seperti di bawah:

Ujian Rintangan

Untuk melakukan ujian ini, peranti harus diletakkan dalam barisan alat gas dan peralatan yang diperlukan adalah klip multimeter digital dan buaya.

Prosedur - Sambungkan klip buaya ke bahagian di multimeter. Pasang klip di kedua hujung termokopel di mana satu hujungnya akan dilipat ke dalam injap gas. Sekarang, hidupkan multimeter dan catat pilihan membaca. Sekiranya multimeter memaparkan ohm dalam urutan kecil, maka termokopel dalam keadaan berfungsi dengan sempurna. Atau jika bacaannya 40 ohm atau lebih, maka tidak dalam keadaan baik.

Ujian Litar Terbuka

Di sini, peralatan yang digunakan adalah klip buaya, pemetik api, dan multimeter digital. Di sini, bukannya mengukur rintangan, voltan dikira. Sekarang, dengan pemanasan yang lebih ringan satu hujung termokopel. Apabila multimeter memaparkan voltan dalam julat 25-30 mV, maka ia berfungsi dengan baik. Atau jika voltan mendekati 20mV, maka peranti harus diganti.

Ujian Litar Tertutup

Di sini, peralatan yang digunakan adalah klip buaya, penyesuai termokopel, dan multimeter digital. Di sini, penyesuai diletakkan di dalam injap gas dan kemudian termokopel diletakkan ke satu tepi penyesuai. Sekarang, hidupkan multimeter. Apabila bacaan berada dalam julat 12-15 mV, peranti dalam keadaan betul. Atau jika bacaan voltan turun di bawah 12mV, ini menunjukkan peranti rosak.

Oleh itu, dengan menggunakan kaedah pengujian di atas, seseorang dapat mengetahui sama ada termokopel berfungsi dengan betul atau tidak.

Apakah Perbezaan Antara Termostat dan Termokopel?

Perbezaan antara termostat dan termokopel adalah:

Kebaikan keburukan

Kelebihan termokopel merangkumi yang berikut.

• Ketepatan tinggi
• Ia kuat dan dapat digunakan di lingkungan seperti getaran keras dan getaran tinggi.
• Tindak balas haba cepat
• Julat suhu operasi adalah luas.
• Julat suhu operasi yang luas
• Kosnya rendah dan sangat konsisten

Kelemahan termokopel merangkumi perkara berikut.

• Tidak linear
• Kestabilan paling sedikit
• Voltan rendah
• Rujukan diperlukan
• kepekaan paling sedikit
• Kalibrasi semula termokopel sukar

Permohonan

Sesetengah aplikasi termokopel sertakan perkara berikut.

• Ini digunakan sebagai sensor suhu dalam termostat di pejabat, rumah, pejabat & perniagaan.
• Ini digunakan dalam industri untuk memantau suhu logam dalam besi, aluminium, dan logam.
• Ini digunakan dalam industri makanan untuk aplikasi kriogenik dan suhu rendah. Termokopel digunakan sebagai pam panas untuk melakukan penyejukan termoelektrik.
• Ini digunakan untuk menguji suhu di kilang kimia, kilang petroleum.
• Ini digunakan dalam mesin gas untuk mengesan api juruterbang.

Apakah Perbezaan Antara RTD dan Termokopel?

Perkara terpenting lain yang perlu dipertimbangkan dalam termokopel adalah bagaimana ia berbeza dari peranti RTD. Oleh itu, jadual menerangkan perbezaan antara RTD dan termokopel.

Apakah Jangka Hayat?

The jangka hayat termokopel didasarkan pada aplikasi ketika digunakan. Oleh itu, seseorang tidak dapat meramalkan jangka masa termokopel secara khusus. Apabila peranti dijaga dengan betul, peranti akan mempunyai jangka hayat yang panjang. Manakala, setelah penggunaan berterusan, mereka mungkin mengalami kerosakan kerana kesan penuaan.

Oleh kerana itu, prestasi output akan diturunkan dan isyarat akan mempunyai kecekapan yang buruk. Harga termokopel juga tidak tinggi. Jadi, lebih disarankan untuk mengubah termokopel setiap 2-3 tahun. Ini adalah jawapan kepada berapakah jangka hayat termokopel ?

Oleh itu, ini adalah mengenai gambaran keseluruhan termokopel. Dari maklumat di atas akhirnya, kita dapat menyimpulkan bahawa pengukuran output termokopel dapat dikira dengan menggunakan kaedah seperti multimeter, potensiometer, dan amplifier oleh peranti output. Tujuan utama termokopel adalah untuk membina pengukuran suhu yang konsisten & langsung dalam beberapa aplikasi yang berbeza.