Termopareilla kaksi eri metallia tai seosta yhdistetään. Lämmönjohtavuuden ja elektronien liikkeen erojen vuoksi syntyy pieni jännite suhteessa lämpötilaeroon mitattavan liitoksen ja vertailuliitoksen välillä. Tämä tunnetaan lämpösähköisenä tai Seebeckin ilmiönä. Mittaus- tai kuuma liitos, jossa metallit hitsataan yhteen ja vertailu- tai kylmä liitos on kohdassa, jossa jännite mitataan. Koska mittaus on erottava, kylmän liitoksen lämpötila on tiedettävä, jotta voidaan määrittää todellinen lämpötila.
Termoparien tuottama jännite on hyvin pieni, mikä edellyttää lämpötilalähettimessä tarkkaa elektroniikkaa. Standardoidut termoparit sisältävät tyypin K (Chromel ja Alumel), joka on suosittu ja tuottaa 45 mV:n signaalin 1000 °C:ssa (1832 °F). Korkeammissa lämpötiloissa käytetään jaloja termopareja, kuten tyyppiä S (platina ja platina-rhodium), joka tuottaa 15 mV:n signaalin 1500 °C:ssa (2732 °F).
Tutkimukset osoittava, että termoparien mittauspoikkeama voi olla vuodessa 3 - 6 %. Tämä poikkeama ilmenee, koska kahden seoksen välinen ero laskee Seebeckin jännitettä ajan myötä materiaalien sekoittuessa. Tämä voi tapahtua kaasufaasin tai diffuusion kautta, mikä vaikuttaa mittauksen tarkkuuteen. Ainoa ratkaisu lämpötilan mittaustarkkuuden ylläpitämiseen on termopariantureiden säännöllinen vaihtaminen kriittisissä sovelluksissa.
Korkean lämpötilan mittaamiseen suosittelemme termopareja! Korkea lämpötila tarkoittaa yli 600 celsiusastetta. Ne ovat melko vaivattomia. Näet, että tässä antiikkisessa mittalaitteessa ei ole akkua, ei mitään. Vain termopari. Tässä näet kaksi hitsattua metallia ja jos lämmitän sen, näet, että analoginen mittalaite nousee ylös ja näemme korkeat lämpötilat. Jos teen tätä tarpeeksi kauan, näemme miten termoparit hehkuvat punaisena. Älä kokeile tätä kotona tai toimistolla! Minä voin tehdä sen, mutta älä sinä tee sitä. Eli termoparit. Miten ne toimivat? Liität vain kaksi eri metallia toisiinsa. Se on enemmän tai vähemmän mutkikas juttu. Kaksi eri metallia tai kaksi seosta. Lämmönjohtavuuden ja mahdollisten lämmön muutosten vuoksi elektronit voivat liikkua metallin sisärakenteen läpi.
Lämpötilaan liittyy pieni jännite. Tämä on lämpösähköinen vaikutus, joka tunnetaan myös nimellä Seebeckin ilmiö. Se on nimetty löytäjänsä mukaan. Se on todella helppo aikaansaada. Hitsaat vain kaksi metallia yhteen, tämä on kuuma liitos. Toisaalta, kylmässä liitoksessa mitataan tuotettuja millivoltteja tai mikrovoltteja. Rakenne on erittäin vankka, mutta huomaat, että kyseessä ei ole suora lämpötilan mittaus. Kyseessä on erilainen lämpötilan mittaus, koska kuuma liitos ja kylmä liitos ja se, mitä mittaat, on molempien välinen ero. Todellisen lämpötilan mittaamiseksi meidän on tiedettävä kylmän liitoksen lämpötila. Meidän on tiedettävä materiaalin ominaiskäyrä, ja sitten voimme laskea, mikä on lämpötila kuumassa liitoksessa. Tämä on termoparimittauksen yleinen periaate. Termoparin jännite on melko pieni, mikrovoltteja tai millivoltteja, ja lämpötilalähettimessä tarvitaan melko tarkkaa elektroniikkaa.
On olemassa useita jo standardisoituja termopareja, kaksi erilaista seosta tai metallia. Keskitytäänpä muutamiin! Suosituin on nimeltään tyyppi K, joka on nikkelikromi. Näet tässä 1000 asteen lämpötilaeron, ja meillä on signaalina 45 millivolttia. Tämä näyttää melko lineaariselta. Suurempien lämpötilojen suhteen kromi-nikkeli ei ole enää sopiva, vaan sinun on vaihdettava jaloihin termopareihin, jotka ovat tyypillisesti platinaa. Platina ja rodiumia. Suosituin tässä on tyyppi S. Tyyppi S:ssä toisella puolella on platinaa ja toisella platinaa ja rodiumia, ja esimerkiksi 1500 celsiusasteen erossa meillä on vain 15 millivoltin signaali. Tästä näet, että tämä on selkeä käyrä. Se ei ole lineaarinen, joten niiden välinen käytössä on melko monimutkaista. Varsinkin jos siirryt negatiivisiin lämpötiloihin, huomaat selvästi, että termoparien käyttäytyminen on kurvikasta.
Platina on tietysti melko kallista. Otat sen vain, jos tyyppi K ei ole enää sopiva, etenkin korkeissa lämpötiloissa. Odotettavissa on mittauspoikkeama ja kirjallisuuskin kertoo, että lukeman poikkeama voi olla vuodessa kolme tai kuusi prosenttia. Sen kanssa on vain elettävä! Miten se on mahdollista? Miten tämä toimii todellisessa elämässä? Taustalla oleva teoria on, että termopari koostuu kahden uuden johdon, kahden uuden seoksen, eroista. Tässä esimerkissä, jos kyseessä on uusi termopari, yksi johto on punainen, toinen on sininen, koska niiden seokset ovat erilaisia. Tämä ero tuottaa Seebeckin jännitteen, lämpösähköisen vaikutuksen. Vuoden kuluttua punaisena hehkuvassa ympäristössä voi tapahtua outoja asioita. Koska nämä kaksi seosta vaihtavat keskenään materiaa. Joten puolen vuoden kuluttua tai yhden vuoden kuluttua, se ei ole enää punainen ja sininen. Se on violetin 50 erisävyä, koska esimerkiksi kromi "kävelee" yhdeltä puolelta toiselle.
Lopussa seokset tulevat lähemmäksi toisiaan ja siten ne tuottavat vähemmän lämpösähköistä jännitettä. Tuloksena tuotettu jännite on liian pieni, joten meillä on anturin negatiivinen poikkeama. Tämä voi tapahtua kaasufaasin kautta. Se voi tapahtua diffuusion kautta näiden kahden seoksen välillä tai mineraalieristettyjen kaapeleiden kautta. Vaikutukset voivat olla todella omituisia, ja olen oppinut tämän vieraillessani asiakkaiden lasitehtaissa, että mitä kaikkea voi tapahtua. Miten voit estää tätä? Et oikeastaan mitenkään...Tämän diffuusion laukaisee lämpötila ja ainoa tapa, jolla voit olla varma, että lämpötilan mittaus on tarkka, kuten edellisen jakson standardissa olet nähnyt, on että standardi on voimassa vain uusille johdoille. Sinun on vaihdettava termoparit melko säännöllisesti, jos käytät niitä turvallisuuden kannalta kriittisissä sovelluksissa. Ainoa asia, jonka voit tehdä, on vaihtaa!
