Thermokoppels zijn temperatuursensoren die zijn gemaakt van twee verschillende metalen. Een spanning wordt gegenereerd wanneer de metalen bij elkaar worden gebracht om een ​​verbinding te vormen en er zijn temperatuurverschillen daartussen. Thermokoppelcircuits worden bestuurd door fundamentele natuurkundige wetten die invloed hebben op hun vermogen om metingen uit te voeren.

Het Seebeck-effect

Een Duitse arts die fysicus Thomas Johann Seebeck werd, nam twee verschillende metalen, met één op een hogere temperatuur dan de andere, en maakte een serieschakeling door ze samen te voegen om een ​​kruising te vormen. Hij ontdekte dat hij daarmee een elektromotorische kracht (emf) kon genereren. Emf's zijn spanningen. Seebeck ontdekte dat hoe groter de temperatuurverschillen tussen de metalen, hoe hoger de gegenereerde spanning, ongeacht hun vorm. Zijn ontdekking wordt het Seebeck-effect genoemd en het is de basis van alle thermokoppels.

Achtergrondinformatie

Seebeck, H.G. Magnus en A.C. Becquerel hebben de empirische regels van thermo-elektrische circuits voorgesteld. Lord Kelvin legde hun thermodynamische basis uit, en W.F. Roesser stelde ze samen in een reeks van drie fundamentele wetten. Ze zijn allemaal experimenteel geverifieerd.

De tweede wet wordt door hedendaagse onderzoekers soms in drie delen verdeeld om een ​​totaal van vijf te geven, maar Roesser's zijn nog steeds de standaard.

van homogene materialen

Dit was oorspronkelijk bekend als de wet van homogene metalen. Een homogene draad is er één die fysiek en chemisch overal hetzelfde is. Deze wet stelt dat een thermokoppelcircuit dat is gemaakt met een homogene draad geen emf kan genereren, zelfs niet als het overal verschillende temperaturen en diktes heeft. Met andere woorden, een thermokoppel moet worden gemaakt van ten minste twee verschillende materialen om een ​​spanning te genereren. Een verandering in het gebied van de doorsnede van een draad, of een verandering in de temperatuur op verschillende plaatsen in de draad, levert geen spanning op.

Wet van tussentijdse materialen

Dit was oorspronkelijk bekend als de wet van tussenliggende metalen. De som van alle emf's in een thermokoppelcircuit met twee of meer verschillende metalen is nul als het circuit dezelfde temperatuur heeft.

Deze wet wordt geïnterpreteerd als zijnde dat de toevoeging van verschillende metalen aan een circuit geen invloed op de spanning die het circuit creëert. De toegevoegde knooppunten moeten dezelfde temperatuur hebben als de knooppunten in het circuit. Er kan bijvoorbeeld een derde metaal zoals koperen leidingen worden toegevoegd om een ​​meting te helpen uitvoeren. Dit is de reden waarom thermokoppels kunnen worden gebruikt met digitale multimeters of andere elektrische componenten. Het is ook de reden waarom soldeer kan worden gebruikt om metalen samen te voegen tot thermokoppels.

Wet van opeenvolgende of tussenliggende temperaturen

Een thermokoppel gemaakt van twee verschillende metalen produceert een emf, E1, wanneer de metalen zijn bij verschillende temperaturen, respectievelijk T1 en T2. Stel dat een van de metalen een temperatuurverandering heeft naar T3, maar de andere blijft op T2. De emf die wordt gemaakt wanneer het thermokoppel zich op de temperaturen T1 en T3 bevindt, is de sommatie van de eerste en tweede, dus Enew = E1 + E2.

Deze wet staat een thermokoppel toe dat is gekalibreerd met een referentietemperatuur tot worden gebruikt met een andere referentietemperatuur. Het zorgt er ook voor dat extra draden met dezelfde thermo-elektrische kenmerken aan het circuit kunnen worden toegevoegd zonder de totale emf te beïnvloeden.