Termočlánok - popis, zliatiny a napätie

12.2.2024

termočlánok - perličková sonda

Termočlánok alebo termočlánková sonda premieňa rozdiel teploty na napätie vďaka termoelektrickému javu (Seebeckov jav). Napätie vzniká gradientom teploty pozdĺž materiálu jednotlivých častí termočlánku. Veľkosť napätia je úmerná rozdielu teplôt a mení sa aj podľa typu termočlánku (použitého kovu alebo zliatiny). Teplomery ktoré merajú teplotu pomocou termočlánku merajú toto napätie a prevádzajú ho na teplotu. Veľkou výhodou termočlánkov je možnosť vytvoriť veľmi malú sondu s rýchlou odozvou prípadne tvarovať snímaciu časť detail perličkovej sondy podľa povrchu. Presnosť merania je nižšia ako pri odporových teplomeroch (termistory, platinové sondy, PT100, PTxx). Veľkou prekážkou pri používaní termočlánkov je problematické predlžovanie vedenia. Ako vyplýva z princípu, je nevyhnutné použiť rovnaký materiál (kov / zliatinu) ako na termočlánok aj na predlžovacie vedenie a konektory. To znamená že na každý typ termočlánku potrebujeme iné predlžovacie vedenie aj iné konektory. Spoje nesmú byť spájkované ale skrutkované alebo lisované prípadne zvárané aby nevznikal ďalší termočlánok. Pri platine je nezanedbateľná aj cena. Vedenia nad 10 metrov je zväčša potrebné kvalitne tieniť aby sme odstránili rušenie. Aj napriek pozornosti pri predlžovaní je potrebné rátať s chybou merania 1-4°C na každý ďalší spoj na trase.

Na obrázku je najpoužívanejšia perličková sonda typ K s mini konektorom podľa normy ANSI.

Farba kábla je podľa normy IEC 60584-3 (EU) zhodná s farbou konektora. Záporný vodič je biely, kladný vodič je rovnakej farby ako konektor.
ATEX termočlánky majú modrý obal, kladný vodič je podľa farby konektora, záporný je biely.

Typy a vlastnosti termočlánkov

konektor		typ	materiál / kov		koeficient µV/°C	rozsah
ANSI	IEC	typ	kladný	záporný	koeficient µV/°C	°C	°C	dočasne
		K	chromel	alumel	39,4	-200	+1350	−180..+1300
		J	železo	konštantán	50,3	-40	+750	-180..+800
		N	nicrosil	nisil	25,9	0	+1260	-270..+1300
		R	Pt+13%Rh	platina	5,2	0	+1600	-50..+1700
		S	Pt+10%Rh	platina	5,4	0	+1600	-50..+1750
		B	Pt+30%Rh	Pt+6%Rh	1,9	-200	+1700	0..+1820
		T	meď	konštantán	38,7	-200	+350	-250..+400
		E	chromel	konštantán	58,6	-200	+900	-40..+900
		U	meď	meď (+Ni)	prepojovací
	?	C	W+5%Re	W+26%Re	1,3	0	+2320
	?	D	W+3%Re	W+25%Re	1,4	0	+2320
	?	G	wolfrám	W+26%Re	1,1	0	+2320
			platina	paládium	5,42	0	+1500

Zliatiny používané na výrobu termočlánkov:

alumel: 95%Ni 2%Mg 2%Al 1%Si
chromel: 90%Ni 10%Cr
konštantán (copel): 45%Ni 55%Cu
nicrosil: 84,1%Ni 14,4%Cr 1,4%Si 0,1%Mg
nisil: 95,6%Ni 4,4%Si

Záporný pól termočlánku U niekedy obsahuje malé množstvo niklu.

Zapojenie termočlánku pri meraní.

Pri meraní teploty pomocou termočlánkov meriame napätie ktoré je úmerné rozdielu teploty. Tabuľkové hodnoty sú vztiahnuté k trojnému bodu vody (ľadová drť v Dewarovej nádobe) pretože sa ľahko realizuje a udržiava.

Zapojenie termočlánkovej sondy so studeným koncom v ľadovej drti. Namerané napätie je úmerné teplote na teplom konci.

Pre použitie v metrológii sú sondy riešené ako dvojica s paralelným vyvedením merania napätia. Napríklad metrologická termočlánková sonda typu R, Fluke 5649 5649 R alebo 5650 S

Pri meraní v priemysle sa používa jednoduchá sonda s jedným meracím koncom, spravidla "teplý koniec". Ako druhá strana sa používa elektronická kompenzácia "studeného konca". Pri tomto zapojení je najčastejšie v konektore zabudovaný ešte odporový teplomer. V tomto prípade namerané napätie 0V znamená že "teplý koniec" má rovnakú teplotu ako konektor.