Általános ismeretek a hőelemekről – Alapok és típusok

A hőelemek alapjai: felépítés, működési elv és hőelemek az ISO EN 60584-1 szabvány szerint. Az S, R, B, K, J, N, T, E és L típusok áttekintése.

Általános információk

A hőelemek a hőmérséklet mérésére szolgáló érzékelők. A hőelemek fő alkotóelemei egy hőpár, amely az úgynevezett hőfeszültséget generálja, valamint egy csatlakozóelem, például egy dugasz. A hőelemeket a hőmérsékletmérés számos területén alkalmazzák. Kialakításuk nagyfokú rugalmasságával és gyors reakcióidejükkel tűnnek ki.

Hőelemek áttekintése

Az ISO EN 60584-1 szabványban a következő hőelemek szerepelnek:

Műszaki leírás
TípusPozitív kapcsolat
[plus]
Negatív vezeték
[mínusz]
Szín DIN
[plusz / mínusz]
Hőmérsékleti tartomány
[°C]
JCuNiPéntekfekete / fehér-200 +750
KNiCrNiAlzöld / fehér-200 +1100
NNiCrSiNiSirózsaszín / fehér-200 +1200
SPtRh10%Ptnarancssárga / fehér0 +1600
RPtRh13%Ptnarancssárga / fehér0 +1600
BPtRh30%PtRh6%szürke / fehér+600 +1700
CWRe25%WRe5%piros / fehér0 +2200

Különböző fémek és ötvözetek kombinációi bizonyultak előnyösnek, mivel ezeknél a feszültség-hőmérséklet görbe szinte lineáris.

Fontos tudni, hogy a termofeszültség nem a csúcson keletkezik. A feszültség a két vezeték között keletkezik. A feszültség legnagyobb része a legnagyobb hőmérséklet-különbség területén keletkezik, például a kemence belseje és a szigetelés közötti átmenetnél.

Termikus feszültség

A hőelem két, különböző ötvözetekből készült huzalból áll. Mindegyik huzalban bizonyos feszültség keletkezik, amint az egyik vége melegebb, mint a másik. Ha a két huzalt összekötjük, akkor a huzalokban fellépő feszültségkülönbség mérhetővé válik. Ezt a különbséget termofeszültségnek nevezik.

Pontosan hogyan keletkezik a termofeszültség?

Minden elektromos vezetőben szabad elektronok találhatók. Ezek a vezetőben mozoghatnak, és így teszik lehetővé például az elektromos áram áramlását.

Fizikai szempontból nagyon leegyszerűsítve: ezek a szabad elektronok egy bizonyos térfogatot foglalnak el, amely a hőmérséklet emelkedésével növekszik.

Egy egyenletesen felmelegített rézvezetőben ez a tér nagyjából azonos méretű. Ezt az 1. ábra szemlélteti.

Most felmelegítjük a vezeték egyik végét.

Ezáltal megnő a szabad elektronok mozgási területe ebben a tartományban. Mivel az azonos töltésű részecskék taszítják egymást, a magasabb hőmérsékletű elektronok „kiszorítják” a többit a hideg vég felé.

Ennek következtében az elektronszűkösség alakul ki a felmelegedett végén, míg a hideg végén elektrontöbblet keletkezik. Így feszültség alakul ki.

Fontos tudni: A feszültség nagyságát elsősorban a huzal kémiai összetétele és a hőmérséklet-különbség befolyásolja!

A vezeték feszültségével azonban nem lehet jelet előállítani. Ezért szükség van egy második vezetékre. Mindkét vezetéket a legmagasabb hőmérsékletű ponton kell összekötni.

A két vezeték közötti feszültségkülönbség jelként szolgál, és ezt termofeszültségnek nevezik.
Egyenletesen meleg rézvezető szobahőmérsékleten
Egyenletesen felmelegedett rézvezető elektroneloszlása szobahőmérsékleten
A fenti, egyik vége felmelegített rézvezető elektroneloszlása
A fenti, egyik vége felmelegített rézvezető elektroneloszlása
A termofeszültség két különböző termofeszültség közötti különbség
A termofeszültség két különböző termofeszültség közötti különbség
A hőelem mentén fellépő hőfeszültség elméleti mérése
A hőelem mentén fellépő hőfeszültség elméleti mérése