Vào năm 1821, một nhà vật lý học tên là 'Thomas Seebeck' đã tiết lộ rằng khi hai dây kim loại khác nhau được liên kết ở cả hai đầu của một điểm nối trong một mạch điện khi nhiệt độ áp dụng vào điểm nối, sẽ có một dòng điện chạy qua. mạch được gọi là trường điện từ (EMF). Năng lượng được tạo ra bởi mạch được đặt tên là Hiệu ứng Seebeck. Sử dụng hiệu ứng của Thomas Seebeck làm kim chỉ nam cho mình, cả hai nhà vật lý người Ý là Leopoldo Nobili và Macedonio Melloni đã hợp tác để thiết kế một pin nhiệt điện vào năm 1826, được gọi là hệ số nhân nhiệt, nó được rút ra từ việc khám phá ra nhiệt điện của Seebeck bằng cách hợp nhất một điện kế cũng như nhiệt kế để tính toán bức xạ. Vì nỗ lực của mình, một số người đã xác định Nobili là người phát hiện ra cặp nhiệt điện.

Cặp nhiệt điện là gì?

Cặp nhiệt điện có thể được định nghĩa là một loại nhiệt độ cảm biến được sử dụng để đo nhiệt độ tại một điểm cụ thể dưới dạng EMF hoặc dòng điện. Cảm biến này bao gồm hai dây kim loại khác nhau được kết nối với nhau tại một điểm giao nhau. Nhiệt độ có thể được đo tại đường giao nhau này, và sự thay đổi nhiệt độ của dây kim loại sẽ kích thích điện áp.

Cặp nhiệt điện

Lượng EMF được tạo ra trong thiết bị là rất nhỏ (milivôn), vì vậy các thiết bị rất nhạy cảm phải được sử dụng để tính toán e.m.f được tạo ra trong mạch. Các thiết bị phổ biến được sử dụng để tính e.m.f là chiết áp cân bằng điện áp và điện kế thông thường. Từ hai điều này, một chiết áp cân bằng được sử dụng vật lý hoặc cơ học.

Nguyên lý làm việc của cặp nhiệt điện

Các nguyên lý cặp nhiệt điện chủ yếu phụ thuộc vào ba hiệu ứng là Seebeck, Peltier và Thompson.

Xem hiệu ứng beck-effect

Loại hiệu ứng này xảy ra giữa hai kim loại khác nhau. Khi nhiệt lượng cung cấp cho bất kỳ một trong các dây kim loại, thì dòng electron cung cấp từ dây kim loại nóng sang dây kim loại lạnh. Do đó, dòng điện một chiều kích thích mạch.

Hiệu ứng Peltier

“chất bán dẫn oxit kim loại bổ sung ”

Hiệu ứng Peltier này ngược lại với hiệu ứng Seebeck. Hiệu ứng này nói rằng sự khác biệt của nhiệt độ có thể được hình thành giữa hai dây dẫn khác nhau bất kỳ bằng cách áp dụng sự thay đổi tiềm năng giữa chúng.

Thompson-effect

Hiệu ứng này nói rằng khi hai kim loại khác nhau cố định với nhau & nếu chúng tạo thành hai mối nối thì điện áp tạo ra tổng chiều dài của dây dẫn do gradien nhiệt độ. Đây là một từ vật lý thể hiện sự thay đổi tốc độ và hướng của nhiệt độ tại một vị trí chính xác.

Cấu tạo của cặp nhiệt điện

Cấu tạo của thiết bị được hiển thị bên dưới. Nó bao gồm hai dây kim loại khác nhau và được kết nối với nhau ở đầu mối nối. Điểm giao nhau được coi là đầu đo. Phần cuối của đường giao nhau được phân loại thành ba loại là đường giao nhau không có xung quanh, tiếp đất và tiếp xúc.

Cấu tạo cặp nhiệt điện

Giao lộ không bao quanh

Trong loại đường giao nhau này, các dây dẫn được tách hoàn toàn khỏi vỏ bảo vệ. Các ứng dụng của mối nối này chủ yếu bao gồm các công trình ứng dụng áp suất cao. Lợi ích chính của việc sử dụng chức năng này là giảm hiệu ứng từ trường lạc.

Grounded-Junction

Trong loại đường giao nhau này, các dây kim loại cũng như vỏ bảo vệ được kết nối với nhau. Chức năng này được sử dụng để đo nhiệt độ trong môi trường có tính axit và nó cung cấp khả năng chống lại tiếng ồn.

Exposed-Junction

Mối nối tiếp xúc có thể áp dụng trong các khu vực cần phản ứng nhanh. Loại mối nối này được sử dụng để đo nhiệt độ khí. Kim loại được sử dụng để chế tạo cảm biến nhiệt độ về cơ bản phụ thuộc vào phạm vi tính toán của nhiệt độ.

Nói chung, một cặp nhiệt điện được thiết kế với hai dây kim loại khác nhau là sắt và hằng số để phát hiện phần tử bằng cách kết nối tại một điểm giao nhau được đặt tên là điểm nối nóng. Điều này bao gồm hai điểm giao nhau, một điểm nối được kết nối bằng vôn kế hoặc máy phát nơi mà đường giao nhau nguội và đường giao nhau thứ hai được liên kết trong một quá trình được gọi là đường giao nhau nóng.

Cặp nhiệt điện hoạt động như thế nào?

Các sơ đồ cặp nhiệt điện được hiển thị trong hình dưới đây. Mạch này có thể được chế tạo bằng hai kim loại khác nhau và chúng được ghép với nhau bằng cách tạo ra hai điểm nối. Hai kim loại được bao quanh bởi sự kết nối thông qua hàn.

Trong sơ đồ trên, các điểm nối được ký hiệu là P & Q, và các nhiệt độ được ký hiệu là T1 và T2. Khi nhiệt độ của các tiếp giáp chênh lệch nhau, thì lực điện từ tạo ra trong mạch.

Mạch cặp nhiệt điện

Nếu nhiệt độ ở đầu mối nối biến thành lực tương đương, thì lực tương đương, cũng như lực điện từ ngược, tạo ra trong mạch và không có dòng điện chạy qua nó. Tương tự, nhiệt độ ở đầu mối nối trở nên mất cân bằng, khi đó sự biến thiên điện thế gây ra trong mạch này.

Độ lớn của lực điện từ gây ra trong mạch phụ thuộc vào các loại vật liệu được sử dụng để chế tạo cặp nhiệt điện. Toàn bộ cường độ dòng điện trong toàn mạch được các công cụ đo lường tính toán.

Lực điện từ cảm ứng trong mạch được tính theo phương trình sau

E = a (∆Ө) + b (∆Ө) 2

Trong đó ∆Ө là chênh lệch nhiệt độ giữa đầu nối cặp nhiệt điện nóng cũng như đầu nối cặp nhiệt điện tham chiếu, a & b là hằng số

Các loại cặp nhiệt điện

Trước khi thảo luận về các loại cặp nhiệt điện, cần phải xem xét rằng cặp nhiệt điện cần được bảo vệ trong hộp bảo vệ để cách ly với nhiệt độ khí quyển. Lớp phủ này sẽ giảm thiểu đáng kể tác động ăn mòn đối với thiết bị.

Vì vậy, có rất nhiều loại cặp nhiệt độ. Hãy để chúng tôi có một cái nhìn chi tiết về chúng.

Loại K - Đây còn được gọi là loại cặp nhiệt điện Nickel-Crom / Nickel-Alumel. Nó là loại được sử dụng phổ biến nhất. Nó có các tính năng nâng cao độ tin cậy, chính xác, rẻ tiền và có thể hoạt động trong phạm vi nhiệt độ mở rộng.

Loại K

Phạm vi nhiệt độ là:

Dây cấp cặp nhiệt điện - -454F đến 2300F (-270⁰C đến 1260⁰C)

Dây nối dài (0⁰C đến 200⁰C)

Loại K này có mức độ chính xác là

Tiêu chuẩn +/- 2,2C hoặc +/- 0,75% và các giới hạn đặc biệt là +/- 1,1C hoặc 0,4%

Loại J - Nó là sự pha trộn giữa Sắt / Constantan. Đây cũng là loại cặp nhiệt độ được sử dụng nhiều nhất. Nó có các tính năng nâng cao độ tin cậy, chính xác và không tốn kém. Thiết bị này chỉ có thể hoạt động trong phạm vi nhiệt độ thấp hơn và có tuổi thọ ngắn khi hoạt động ở phạm vi nhiệt độ cao.

Loại J

Phạm vi nhiệt độ là:

Dây cấp cặp nhiệt điện - -346F đến 1400F (-210⁰C đến 760⁰C)

Dây nối dài (0⁰C đến 200⁰C)

Kiểu chữ J này có mức độ chính xác là

Tiêu chuẩn +/- 2,2C hoặc +/- 0,75% và các giới hạn đặc biệt là +/- 1,1C hoặc 0,4%

Loại T - Nó là sự pha trộn của Đồng / Constantan. Cặp nhiệt điện loại T giữ độ ổn định cao hơn và thường được triển khai cho các ứng dụng nhiệt độ thấp hơn như tủ đông nhiệt độ cực thấp và thiết bị lạnh.

Loại T

“sản phẩm tối thiểu của máy tính tổng ”

Phạm vi nhiệt độ là:

Dây cấp cặp nhiệt điện - -454F đến 700F (-270⁰C đến 370⁰C)

Dây nối dài (0⁰C đến 200⁰C)

Loại chữ T này có mức độ chính xác là

Tiêu chuẩn +/- 1,0C hoặc +/- 0,75% và các giới hạn đặc biệt là +/- 0,5C hoặc 0,4%

Loại E - Nó là sự pha trộn của Niken-Crom / Constantan. Nó có khả năng tín hiệu lớn hơn và độ chính xác được cải thiện khi so sánh với cặp nhiệt điện Loại K và J khi hoạt động ở ≤ 1000F.

Loại E

Phạm vi nhiệt độ là:

Dây cấp cặp nhiệt điện - -454F đến 1600F (-270⁰C đến 870⁰C)

Dây nối dài (0⁰C đến 200⁰C)

Loại chữ T này có mức độ chính xác là

Tiêu chuẩn +/- 1,7C hoặc +/- 0,5% và các giới hạn đặc biệt là +/- 1,0C hoặc 0,4%

Loại N - Nó được coi là cặp nhiệt điện Nicrosil hoặc Nisil. Các mức nhiệt độ và độ chính xác của loại N tương tự như loại K. Nhưng loại này đắt hơn loại K.

Loại N

Phạm vi nhiệt độ là:

Dây cấp cặp nhiệt điện - -454F đến 2300F (-270⁰C đến 392⁰C)

Dây nối dài (0⁰C đến 200⁰C)

Loại chữ T này có mức độ chính xác là

Tiêu chuẩn +/- 2,2C hoặc +/- 0,75% và các giới hạn đặc biệt là +/- 1,1C hoặc 0,4%

Loại S - Nó được coi là cặp nhiệt điện Platinum / Rhodium hoặc 10% / Platinum. Loại cặp nhiệt độ S được thực hiện rất tốt cho các ứng dụng ở dải nhiệt độ cao như trong các tổ chức công nghệ sinh học và dược phẩm. Nó thậm chí còn được sử dụng cho các ứng dụng có phạm vi nhiệt độ thấp hơn do tăng độ chính xác và ổn định.

Loại S

Phạm vi nhiệt độ là:

Dây cấp cặp nhiệt điện - -58F đến 2700F (-50⁰C đến 1480⁰C)

Dây nối dài (0⁰C đến 200⁰C)

Loại chữ T này có mức độ chính xác là

Tiêu chuẩn +/- 1,5C hoặc +/- 0,25% và các giới hạn đặc biệt là +/- 0,6C hoặc 0,1%

Loại R - Nó được coi là cặp nhiệt điện Platinum / Rhodium hoặc 13% / Platinum. Loại cặp nhiệt điện S được thực hiện rất tốt cho các ứng dụng dải nhiệt độ cao. Loại này được bao gồm một lượng Rhodium cao hơn Loại S khiến thiết bị đắt hơn. Các tính năng và hiệu suất của loại R và S gần như tương tự nhau. Nó thậm chí còn được sử dụng cho các ứng dụng có phạm vi nhiệt độ thấp hơn do tăng độ chính xác và ổn định.

Loại R

Phạm vi nhiệt độ là:

Dây cấp cặp nhiệt điện - -58F đến 2700F (-50⁰C đến 1480⁰C)

Dây nối dài (0⁰C đến 200⁰C)

Loại chữ T này có mức độ chính xác là

Tiêu chuẩn +/- 1,5C hoặc +/- 0,25% và các giới hạn đặc biệt là +/- 0,6C hoặc 0,1%

Loại B - Nó được coi là 30% của Platinum Rhodium hoặc 60% của cặp nhiệt điện Platinum Rhodium. Điều này được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng nhiệt độ cao hơn. Trong tất cả các loại được liệt kê ở trên, loại B có giới hạn nhiệt độ cao nhất. Ở các mức nhiệt độ tăng lên, cặp nhiệt điện loại B sẽ giữ độ ổn định và độ chính xác cao hơn.

Loại B

Phạm vi nhiệt độ là:

Dây cấp cặp nhiệt điện - 32F đến 3100F (0⁰C đến 1700⁰C)

Dây nối dài (0⁰C đến 100⁰C)

Loại chữ T này có mức độ chính xác là

Chuẩn +/- 0,5%

Các loại S, R và B được coi là cặp nhiệt điện bằng kim loại quý. Chúng được chọn vì chúng có thể hoạt động ngay cả ở phạm vi nhiệt độ cao, mang lại độ chính xác cao và tuổi thọ lâu dài. Tuy nhiên, khi so sánh với các loại kim loại cơ bản, chúng đắt hơn.

Trong khi chọn một cặp nhiệt điện, người ta phải xem xét nhiều yếu tố phù hợp với ứng dụng của chúng.

Kiểm tra phạm vi nhiệt độ thấp và cao cần thiết cho ứng dụng của bạn là gì?
Ngân sách nào của cặp nhiệt điện sẽ được sử dụng?
Bao nhiêu phần trăm độ chính xác được sử dụng?
Trong điều kiện khí quyển nào, cặp nhiệt điện được vận hành như khí trơ hay oxy hóa
Mức phản ứng mà nó mong đợi có nghĩa là thiết bị cần phản ứng nhanh như thế nào với sự thay đổi nhiệt độ?
Khoảng thời gian tồn tại được yêu cầu là gì?
Kiểm tra trước khi vận hành xem thiết bị có bị ngâm nước hay không và độ sâu ở mức nào?
Việc sử dụng cặp nhiệt điện sẽ gián đoạn hay liên tục?
Liệu cặp nhiệt điện có bị xoắn hoặc uốn trong suốt thời gian sử dụng của thiết bị không?

Làm thế nào để bạn biết nếu bạn có một cặp nhiệt điện kém?

Để biết cặp nhiệt điện có hoạt động hoàn hảo hay không, người ta cần tiến hành kiểm tra thiết bị. Trước khi thay thế thiết bị, người ta phải kiểm tra xem nó có thực sự hoạt động hay không. Để làm được điều này, một chiếc đồng hồ vạn năng và kiến thức cơ bản về điện tử là hoàn toàn đủ. Chủ yếu có ba cách tiếp cận để kiểm tra cặp nhiệt điện bằng đồng hồ vạn năng và chúng được giải thích như sau:

Kiểm tra sức đề kháng

Để thực hiện thử nghiệm này, thiết bị phải được đặt trong dây chuyền thiết bị gas và thiết bị cần có là đồng hồ vạn năng kỹ thuật số và kẹp cá sấu.

Quy trình - Nối các kẹp cá sấu vào các phần trong đồng hồ vạn năng. Gắn các kẹp vào cả hai đầu của cặp nhiệt điện nơi một đầu sẽ được gấp vào van khí. Bây giờ, bật đồng hồ vạn năng và ghi lại các tùy chọn đọc. Nếu đồng hồ vạn năng hiển thị số ôm theo thứ tự nhỏ, thì cặp nhiệt điện đang ở trong tình trạng hoạt động hoàn hảo. Hoặc nếu giá trị đọc là 40 ohms trở lên, thì nó không ở trong tình trạng tốt.

Kiểm tra mạch mở

Tại đây, thiết bị được sử dụng là kẹp cá sấu, bật lửa và một đồng hồ vạn năng kỹ thuật số. Ở đây, thay vì đo điện trở, điện áp được tính toán. Bây giờ, với cái bật lửa làm nóng một đầu của cặp nhiệt điện. Khi đồng hồ vạn năng hiển thị điện áp trong khoảng 25-30 mV thì tức là nó đang hoạt động bình thường. Hoặc nếu điện áp gần 20mV thì phải thay thế thiết bị.

Kiểm tra mạch kín

Ở đây, thiết bị được sử dụng là kẹp cá sấu, bộ chuyển đổi cặp nhiệt độ và đồng hồ vạn năng kỹ thuật số. Ở đây, bộ chuyển đổi được đặt bên trong van khí và sau đó cặp nhiệt điện được đặt vào một cạnh của bộ chuyển đổi. Bây giờ, bật đồng hồ vạn năng. Khi giá trị đọc trong khoảng 12-15 mV, thiết bị ở trạng thái thích hợp. Hoặc nếu điện áp giảm xuống dưới 12mV, nó chỉ ra một thiết bị bị lỗi.

Vì vậy, bằng cách sử dụng các phương pháp kiểm tra trên, người ta có thể tìm hiểu xem cặp nhiệt độ có hoạt động tốt hay không.

Sự khác biệt giữa Thermostat và Thermocouple là gì?

Sự khác biệt giữa bộ điều nhiệt và cặp nhiệt điện là:

Đặc tính	Cặp nhiệt điện	Bộ điều nhiệt
Phạm vi nhiệt độ	-454 đến 3272⁰F	-112 đến 302⁰F
Phạm vi giá	Ít hơn	Cao
Ổn định	Cung cấp ít ổn định hơn	Cung cấp độ ổn định trung bình
Nhạy cảm	Cặp nhiệt điện có độ nhạy kém hơn	Bộ điều nhiệt mang lại sự ổn định tốt nhất
Tuyến tính	Vừa phải	Nghèo
Chi phí hệ thống	Cao	Trung bình

Ưu điểm & Nhược điểm

Những ưu điểm của cặp nhiệt điện bao gồm những điều sau đây.

“thành phần nào sau đây của hệ điều hành không phải là thành phần của hạt nhân? ”

Độ chính xác cao
Nó mạnh mẽ và có thể được sử dụng trong môi trường khắc nghiệt cũng như độ rung cao.
Phản ứng nhiệt xảy ra nhanh
Phạm vi hoạt động của nhiệt độ rộng.
Phạm vi nhiệt độ hoạt động rộng
Chi phí thấp và cực kỳ nhất quán

Những nhược điểm của cặp nhiệt điện bao gồm những điều sau đây.

Phi tuyến tính
Độ ổn định thấp nhất
Điện áp thấp
Tham khảo là bắt buộc
độ nhạy kém nhất
Việc hiệu chuẩn lại cặp nhiệt điện rất khó

Các ứng dụng

Một số ứng dụng của cặp nhiệt điện bao gồm những điều sau đây.

Chúng được sử dụng làm cảm biến nhiệt độ trong bộ điều nhiệt trong văn phòng, nhà ở, văn phòng & doanh nghiệp.
Chúng được sử dụng trong các ngành công nghiệp để theo dõi nhiệt độ của kim loại trong sắt, nhôm và kim loại.
Chúng được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm cho các ứng dụng đông lạnh và nhiệt độ thấp. Cặp nhiệt điện được sử dụng như một máy bơm nhiệt để thực hiện quá trình làm mát nhiệt điện.
Chúng được sử dụng để kiểm tra nhiệt độ trong các nhà máy hóa chất, nhà máy dầu khí.
Chúng được sử dụng trong các máy khí để phát hiện ngọn lửa thí điểm.

Sự khác biệt giữa RTD và Thermocouple là gì?

Điều quan trọng nhất khác phải được xem xét trong trường hợp của cặp nhiệt điện là nó khác với thiết bị RTD như thế nào. Vì vậy, bảng giải thích sự khác biệt giữa RTD và cặp nhiệt điện.

RTD	Cặp nhiệt điện
RTD rất thích hợp để đo ít phạm vi nhiệt độ hơn trong khoảng (-200⁰C đến 500⁰C)	Cặp nhiệt điện thích hợp để đo dải nhiệt độ cao hơn nằm trong khoảng (-180⁰C đến 2320⁰C)
Đối với một phạm vi chuyển đổi tối thiểu, nó thể hiện độ ổn định cao hơn	Chúng có độ ổn định tối thiểu và kết quả cũng không chính xác khi thử nghiệm nhiều lần
Nó có độ chính xác hơn cặp nhiệt điện	Cặp nhiệt điện có độ chính xác kém hơn
Phạm vi độ nhạy cao hơn và thậm chí có thể tính toán những thay đổi nhiệt độ tối thiểu	Phạm vi độ nhạy nhỏ hơn và chúng không thể tính toán những thay đổi nhiệt độ tối thiểu
Thiết bị RTD có thời gian phản hồi tốt	Cặp nhiệt điện cung cấp phản hồi nhanh hơn so với RTD
Đầu ra có dạng tuyến tính	Đầu ra có dạng phi tuyến tính
Những thứ này đắt hơn cặp nhiệt điện	Chúng tiết kiệm hơn RTD

Vòng đời là gì?

Các tuổi thọ của cặp nhiệt điện dựa trên ứng dụng khi nó được sử dụng. Vì vậy, người ta không thể dự đoán cụ thể thời gian sử dụng của cặp nhiệt điện. Khi thiết bị được bảo trì đúng cách, thiết bị sẽ có tuổi thọ cao. Trong khi đó, sau khi sử dụng liên tục, chúng có thể bị hư hỏng do tác động của quá trình lão hóa.

Và cũng vì điều này, hiệu suất đầu ra sẽ bị giảm xuống và các tín hiệu sẽ có hiệu quả kém. Giá của cặp nhiệt độ cũng không cao. Vì vậy, chúng tôi khuyên bạn nên sửa đổi cặp nhiệt điện trong 2-3 năm một lần. Đây là câu trả lời cho tuổi thọ của cặp nhiệt điện là bao nhiêu ?

Vì vậy, đây là tất cả về một cái nhìn tổng quan về cặp nhiệt điện. Từ thông tin trên, cuối cùng chúng ta có thể kết luận rằng phép đo của đầu ra cặp nhiệt điện có thể được tính toán bằng cách sử dụng các phương pháp như đồng hồ vạn năng, chiết áp và bộ khuếch đại bởi các thiết bị đầu ra. Mục đích chính của cặp nhiệt điện là xây dựng các phép đo nhiệt độ nhất quán & trực tiếp trong một số ứng dụng khác nhau.