Термодвойка - принцип на действие, Sib Controls
Принципът на действие на термодвойките
Ако два проводника от различни метали се свържат един с друг в единия край, в другия край на тази структура, поради контактната потенциална разлика, се появява напрежение (ЕМП), което зависи от температурата. С други думи, връзката на два различни метала се държи като галванична клетка, чувствителна към температурни промени. Този тип температурен сензор се нарича термодвойка:
Това явление ни предоставя лесен начин да намерим електрическия еквивалент на температурата: просто трябва да измерите напрежението и можете да определите температурата на това съединение на два метала. И би било лесно, ако не беше следното условие: когато свържете какъвто и да е измервателен уред към проводници на термодвойки, вие неизбежно ще направите втори кръстовище на различни метали.
Следващата диаграма показва, че връзката желязо-мед J1 задължително се допълва от втора връзка желязо-мед J2 с противоположна полярност:
Връзката J1 на желязо и мед (два различни метала) ще генерира напрежение в зависимост от измерената температура. Връзката J2, която всъщност изисква от нас по някакъв начин да свържем входните ни проводници на медния волтметър към желязната жица на термодвойката, също е различна метална връзка, която също ще генерира напрежение, зависимо от температурата. Освен това трябва да се отбележи, че полярността на връзката J2 е противоположна на полярността на връзката J1 (желязната жица е положителна; медната жица е отрицателна). В тази схема има и трета връзка (J3), но тя няма ефект, защото е връзка на два еднакви метала, която не създава ЕМП. Второ генериране на напрежениеПреходът J2 помага да се обясни защо волтметърът регистрира 0 волта, когато цялата система е на стайна температура: всички напрежения, създадени от различни метални съединителни точки, ще бъдат еднакви по величина и противоположни по полярност, което води до нулево отчитане. Само когато двете връзки J1 и J2 са при различни температури, волтметърът ще регистрира някакъв вид напрежение.
Можем да изразим тази връзка математически, както следва:
Ясно е, че волтметърът "вижда" само разликата между тези две напрежения, генерирани в точките на свързване.
Следователно термодвойките са чисто диференциални температурни сензори. Те образуват електрически сигнал, пропорционален на температурната разлика между две различни точки. Следователно кръстовището (възелът), който използваме за измерване на желаната температура, се нарича "горещ" кръстовище, докато другият кръстовище (което не можем да избегнем по никакъв начин) се нарича "студено" съединение. Това име идва от факта, че обикновено измерената температура е по-висока от температурата, при която се намира измервателният уред. Голяма част от сложността на използването на термодвойки е свързана с напрежението на студения преход и необходимостта от справяне с този (нежелан) потенциал. За повечето приложения е необходимо да се измери температурата в една конкретна точка, а не температурната разлика между две точки, което по дефиниция прави термодвойката.
Има няколко метода за получаване на температурен сензор с термодвойка за измерване на температурата в желаната точка и те ще бъдат обсъдени по-долу.
Студентите и професионалистите често намират общата концепция за студен възел и неговите ефекти за невероятно объркващи. За да разберете товавъпрос, необходимо е да се върнем към простата верига с желязо-медни проводници, показана по-рано като "отправна точка", и след това да изведем поведението на тази верига, прилагайки първия закон на Кирхоф: алгебричната сума на напреженията във всяка верига трябва да бъде равна на нула. Знаем, че съединение от различни метали създава напрежение, ако температурата му е над абсолютната нула. Знаем също, че за да направим пълна верига от желязна и медна жица, трябва да образуваме втора връзка от желязо и мед, полярността на напрежението на тази втора връзка задължително ще бъде противоположната полярност на първата. Ако означим първото свързване на желязо и мед като J1, а J2 като второ, сме абсолютно сигурни, че напрежението, измерено от волтметъра в тази верига, ще бъде VJ1 - VJ2.
Всички вериги на термодвойки, независимо дали са прости или сложни, проявяват тази основна характеристика. Необходимо е мислено да си представите проста верига от две различни метални жици и след това, извършвайки „мисловен експеримент“, да определите как тази верига ще се държи на кръстовищата при една и съща температура и при различни температури. Това е най-добрият начин всеки да разбере как работят термодвойките.