Jak funguje elektronický teploměr?
Po přečtení fráze „měření teploty“ si drtivá většina občanů nedobrovolně v hlavě představí obrázek z dětství, kdy jim lékař dal pod paži skleněný teploměr naplněný rtutí. Skutečně potřebujete znát svou tělesnou teplotu, abyste pochopili, co se v těle děje a jaká léčba je potřebná. Ale řízení teploty v zařízeních, strojích a mechanismech je pro jejich normální provoz neméně důležité. Rtuťové teploměry zde nejsou vhodné; Nejčastěji se můžete setkat s různými termočlánky, při jejichž výrobě se používají kovy s názvy, které jsou pro laika záhadné: chromel, copel, alumel. Co to je a jak to funguje – zkusme na to přijít.
Fyzici znají termoelektrický jev – jev, ke kterému dochází, pokud se na jednom konci spojí dva kusy různých kovů a kontaktní bod se zahřeje. V tomto případě vzniká potenciální rozdíl mezi horkými a studenými konci drátů, jehož velikost podle určitého pravidla souvisí se stupněm ohřevu. Proto měřením této hodnoty (říká se tomu thermo-emf) speciálně vyladěným voltmetrem můžete poměrně přesně určit teplotu vyhřívaného spoje.
Tepelný efekt je charakteristický pro mnoho kovů, ale jen málo z nich se v praxi používá k vytvoření senzorů. Důvody pro to jsou různé. Například vynikající termočlánky mohou být vyrobeny z drátu z drahých kovů – platiny a slitiny platiny a rhodia. Ale cena takového senzoru bude dražší než zbytek mechanismu. Jiné kovy špatně snášejí teplo, ztrácejí pevnost a rychle oxidují. Velikost termo-EMF zvolené kombinace drátů také výhodně není nízká a výhodně lineárně závislá na teplotě.
Primární využití v technologii proto našlo pouze několik sad speciálně vybraných slitin, které mají celý komplex potřebných kvalit. Jsou tepelně odolné, to znamená, že mohou pracovat po dlouhou dobu bez ztráty svých vlastností při zahřátí na 600 stupňů nebo ještě vyšší. Kovy si zároveň potřebují zachovat požadovanou pevnost a pružnost, aby snímače neztratily svůj tvar. Materiál musí být odolný vůči oxidaci v agresivní atmosféře, protože teplota se musí měřit v chemickém reaktoru, v zahřátém motoru vedle aktivního maziva a v desítkách dalších obtížných prostředí. Konečně je žádoucí použít levné, snadno dostupné kovy, které neobsahují vzácná aditiva.
Slitiny niklu chromel a alumel, stejně jako měď-nikl copel, splnily stanovená kritéria lépe než ostatní. Alumel téměř celý (91-95%) sestává z niklu s přídavkem 1-2% manganu, hliníku a křemíku. Chromel obsahuje asi 90 % niklu a 10 % chromu. Kopel se od nich liší tím, že patří do skupiny slitin mědi – 55-57% měď, 42-44% nikl s kobaltem.
Termočlánky typu THK (chromel-copel) a TXA (chromel-alumel) jsou nejběžnějším typem snímačů teploty téměř ve všech technických a vědeckých přístrojích, pro provoz v rozsahu od minus 200 do 1100 stupňů. Lze je nalézt i v běžném životě – tam, kde jsou díly zahřáté na teploty nad 100 stupňů (elektrické páječky, žehličky, plynové nebo elektrické trouby, pekárny na chleba a mnoho dalších užitečných spotřebičů).
Po přečtení fráze „měření teploty“ si drtivá většina občanů nedobrovolně v hlavě představí obrázek z dětství, kdy jim lékař dal pod paži skleněný teploměr naplněný rtutí. Skutečně potřebujete znát svou tělesnou teplotu, abyste pochopili, co se v těle děje a jaká léčba je potřebná. Ale řízení teploty v zařízeních, strojích a mechanismech je pro jejich normální provoz neméně důležité. Rtuťové teploměry zde nejsou vhodné; Nejčastěji se můžete setkat s různými termočlánky, při jejichž výrobě se používají kovy s názvy, které jsou pro laika záhadné: chromel, copel, alumel. Co to je a jak to funguje – zkusme na to přijít.
Fyzici znají termoelektrický jev – jev, ke kterému dochází, pokud se na jednom konci spojí dva kusy různých kovů a kontaktní bod se zahřeje. V tomto případě vzniká potenciální rozdíl mezi horkými a studenými konci drátů, jehož velikost podle určitého pravidla souvisí se stupněm ohřevu. Proto měřením této hodnoty (říká se tomu thermo-emf) speciálně vyladěným voltmetrem můžete poměrně přesně určit teplotu vyhřívaného spoje.
Tepelný efekt je charakteristický pro mnoho kovů, ale jen málo z nich se v praxi používá k vytvoření senzorů. Důvody pro to jsou různé. Například vynikající termočlánky mohou být vyrobeny z drátu z drahých kovů – platiny a slitiny platiny a rhodia. Ale cena takového senzoru bude dražší než zbytek mechanismu. Jiné kovy špatně snášejí teplo, ztrácejí pevnost a rychle oxidují. Velikost termo-EMF zvolené kombinace drátů také výhodně není nízká a výhodně lineárně závislá na teplotě.
Primární využití v technologii proto našlo pouze několik sad speciálně vybraných slitin, které mají celý komplex potřebných kvalit. Jsou tepelně odolné, to znamená, že mohou pracovat po dlouhou dobu bez ztráty svých vlastností při zahřátí na 600 stupňů nebo ještě vyšší. Kovy si zároveň potřebují zachovat požadovanou pevnost a pružnost, aby snímače neztratily svůj tvar. Materiál musí být odolný vůči oxidaci v agresivní atmosféře, protože teplota se musí měřit v chemickém reaktoru, v zahřátém motoru vedle aktivního maziva a v desítkách dalších obtížných prostředí. Konečně je žádoucí použít levné, snadno dostupné kovy, které neobsahují vzácná aditiva.
Slitiny niklu chromel a alumel, stejně jako měď-nikl copel, splnily stanovená kritéria lépe než ostatní. Alumel téměř celý (91-95%) sestává z niklu s přídavkem 1-2% manganu, hliníku a křemíku. Chromel obsahuje asi 90 % niklu a 10 % chromu. Kopel se od nich liší tím, že patří do skupiny slitin mědi – 55-57% měď, 42-44% nikl s kobaltem.
Termočlánky typu THK (chromel-copel) a TXA (chromel-alumel) jsou nejběžnějším typem snímačů teploty téměř ve všech technických a vědeckých přístrojích, pro provoz v rozsahu od minus 200 do 1100 stupňů. Lze je nalézt i v běžném životě – tam, kde jsou díly zahřáté na teploty nad 100 stupňů (elektrické páječky, žehličky, plynové nebo elektrické trouby, pekárny na chleba a mnoho dalších užitečných spotřebičů).