A hőelem egy olyan hőmérsékletmérő eszköz, amely egy adatértelmező eszközhöz csatlakozva nagy pontosságú szondát képez. Sikerét a többi szenzormodellhez képest nagy reakciósebességének köszönheti. Azonban minden hőelemes hőmérsékletszondák nem kínálnak azonos válaszidőt. A hőelemeket típusokba soroljuk (K, J, T, E, R, S, B) a tervezésükhöz használt anyagoktól függően. A hőelemek válaszideje típusonként változik? Meg kell vizsgálnunk a hőelemek egyéb jellemzőit is? Ha a lehető legérzékenyebb hőmérséklet-szondával szeretné felszerelni magát, itt vannak a kulcsok annak megértéséhez, hogy mi határozza meg a hőelem reakcióidejét.
Melyek a hőelemek különböző jellemzői?
Ha a hőelem tartományok javasoltak szélesek, ez azért van, mert kialakításuk sok paramétert tartalmaz. Ezek a jellemzők befolyásolják a hőmérsékletmérés pontosságáról, valamint a válaszidőről a hőelemről.
Vezetőhuzal anyagok
A hőelem-rendszer szívét alkotó két vezeték különböző vezető fémeket vagy fémötvözeteket tartalmaz. Ezeknek a fémhuzaloknak a természete határozza meg a típust hőelem egy európai szabvány szerint, amely osztályozza őket.
A K, J, T és E típusok a leggyakoribbak. Az R, S és B nemesfémeket tartalmaz, ami megnöveli az árukat. A két kategória közötti nagy különbség az a lefedett hőmérsékleti tartomány Celsius-fokban. A K, J, T és E típusok az abszolút nullától a magas hőmérsékletig (1200°C-ig) képesek hőmérsékletet mérni. Az R, S és B esetében a hőmérés nagyon magas hőmérsékletig (akár 1800°C-ig) is felléphet. A nemesfémek kevésbé hajlamosak a korrózióra is, ami bizonyos környezetekben előfordulhat. Ezen típusok mindegyike optimális mérési tartományt kínál. Azáltal, hogy a hőelem hőmérsékleti tartománya megegyezik a mérendő hőmérsékletekkel, a legjobb feltételek jönnek létre a pontos hőmérsékletszabályozáshoz.
Hőelem védelem
A leggazdaságosabb az a csupasz drót hőelem amely védőburok nélkül érkezik. Az egyik végén két fémhuzal van összeforrasztva. Az ilyen típusú hőmérséklet-érzékelők idővel tartósak. Másrészt a védelem hiánya érzékenysé teszi bizonyos külső tényezőkre, például oxidáló vagy redukáló környezetre. Hőelemek is lehetnek ásványi szigetelés fém burkolatban, akkor ez egy burkolatos szonda. Az ásványi szigetelés tervezésénél leggyakrabban használt anyagok az alumínium-oxid, magnézium, tórium-dioxid és cirkónium-dioxid. Ezen anyagok kiválasztásának fő kritériuma a hőmérsékletállóság. A fém burkolat esetében az anyagok választéka széles. Ismét figyelembe kell vennie a választott hőmérsékletet, valamint azt a környezetet, ahol az érzékelő lesz. A burkolat robusztussá és elektromosan szigeteltté teszi a szondát.
A csatlakozási mód
A hőelemes szonda másik jellemzője az összekapcsolási módja, azaz a hogyan csatlakozik a két vezeték a mérendő hőmérsékletérzékelési ponton. A forrasztott csomópontban a vezető huzalokat a hüvelyhez forrasztják. Ha a csomópont szigetelt, a vezetékek és azok csomópontja a köpeny belsejében található. Ezután elkülönítik őket a hüvelytől. A kitett csomópont a hüvely külső oldalán található. A hüvely a fémhuzalok kilépési pontja körül van lezárva, hogy garantálja a lehető legjobb tömítést.
A csatlakozó kábel
A vezető vezetékek másik vége egy olyan eszközhöz csatlakozik, amely az érzékelőben generált potenciálkülönbséget (vagy elektromotoros erőt) feszültségre vagy a kijelzőn leolvasható hőmérsékletre írja át. Amikor szükséges a szonda és a mérőeszköz közötti távolság hozzáadásához, összekötő kábeleket használunk. Ekkor két megoldás áll rendelkezésre, a hőelem kábel vagy a kompenzációs kábel. A hőelem kábele készül ugyanabból az anyagból, mint a hőelem, ami túl drága lehet, ha az utóbbi nemesfémekből áll. A kompenzációs kábel olyan vezető vezetékekből áll, amelyek termoelektromos tulajdonságai megfelelnek a hőelem vezető vezetékeinek.
Milyen jellemzők befolyásolják a hőelem reakcióidejét?
A hőelem típusa meghatározza a hőmérsékletmérés pontosságát és tartósságát. Másrészt a válaszadás sebességében nem lesz jelentős szerepe. A mérőszonda egyéb alkotóelemei, amelyeket korábban láttunk, befolyásolják a reakcióidőt.
Minél közvetlenebb a kapcsolat azzal a környezettel, amelynek hőmérsékletét mérni kívánjuk (környezeti hőmérséklet, gáz, folyadék), annál nagyobb az emissziós tényező. Ami azt jelenti gyorsan megtörténik a hőátadás. A csupasz huzalos hőelemek külső csatlakozással gyors reakciót biztosítanak. Ez a helyzet a hegesztett csatlakozási szondák esetében is. Mivel a vezetékek közvetlenül érintkeznek a burkolattal, a hő gyorsan kering.
A válaszidő is függvénye a hüvely mérete. A kis átmérőjű (például 0,25 mm, 0,5 mm vagy 1 mm) hüvely jobb reakcióidőt biztosít. Legyen óvatos, amikor ezt a burkolatot választja, bizonyos környezetekkel és magas hőmérsékletekkel szembeni ellenállása kisebb lehet, mint a hőelemé. A hüvely sérülése esetén, hőelem kalibrálása (más néven kalibrálás) a szonda használata előtt végzett műveletek megváltoztathatók.
