העיקרון הבסיסי של מדידת טמפרטורה של צמד תרמי

העיקרון הבסיסי של מדידת טמפרטורה של צמד תרמי
הלחמת שני חומרים שונים של מוליכים או מוליכים למחצה A ו-B יחדיו יוצרים מעגל סגור. כאשר יש הפרש טמפרטורה בין שתי נקודות החיבור 1 ו-2 של המוליכים A ו-B, נוצר כוח אלקטרו-מוטורי ביניהם, וכתוצאה מכך זרם בגודל משתנה במעגל. תופעה זו נקראת האפקט התרמו-אלקטרי. צמדים תרמיים פועלים על ידי ניצול אפקט זה.
מהו צמד תרמי?
צמדים תרמיים והתנגדויות תרמיות שייכים שניהם למדידת טמפרטורה מסוג מגע במדידת טמפרטורה. למרות שתפקידיהם זהים, הם מודדים את הטמפרטורה של עצמים, אך העקרונות והמאפיינים שלהם אינם זהים.
צמדים תרמיים הם התקני טמפרטורה בשימוש נרחב במדידת טמפרטורה. המאפיינים העיקריים שלהם הם טווח מדידה רחב, ביצועים יציבים, מבנה פשוט, תגובה דינמית טובה ויכולת העברת אותות חשמליים של 4-20mA מרחוק, מה שמקל על שליטה אוטומטית ובקרה מרכזית. עקרון מדידת הטמפרטורה של צמדים תרמיים מבוסס על האפקט התרמו-אלקטרי. כאשר שני מוליכים או מוליכים למחצה שונים מחוברים למעגל סגור, כאשר הטמפרטורות בשני הצמתים שונות, יווצר אפקט תרמו-אלקטרי או אפקט Seebeck במעגל. הפוטנציאל התרמו-אלקטרי שנוצר במעגל סגור מורכב משני סוגים של פוטנציאלים; פוטנציאל הפרש טמפרטורה ופוטנציאל מגע. פוטנציאל תרמי מתייחס לפוטנציאל הנוצר בשני הקצוות של אותו מוליך עקב טמפרטורות שונות. למוליכים שונים יש צפיפות אלקטרונים שונה, כך שגם הפוטנציאל שהם יוצרים שונה. פוטנציאל מגע, כפי שהשם מרמז, מתייחס לפוטנציאל הנוצר כאשר שני מוליכים שונים באים במגע ומייצרים כמות מסוימת של דיפוזיה של אלקטרונים בשל צפיפות האלקטרונים השונה שלהם. כאשר הם מגיעים לשיווי משקל מסוים, נוצר הפוטנציאל, גודל פוטנציאל המגע תלוי בתכונות החומר של שני מוליכים שונים ובטמפרטורה בנקודת המגע שלהם.
ישנם שני סוגים של מבנים תרמיים, סוג רגיל וסוג משוריין. צמדים תרמיים רגילים מורכבים בדרך כלל מאלקטרודות תרמיות, צינורות בידוד, שרוולי מגן ותיבות חיבור, בעוד שצמדים תרמיים משוריינים הם שילוב מוצק של חוטים תרמיים, חומרי בידוד ושרוולי הגנה מתכתיים המורכבים ונמתחים. עם זאת, האות החשמלי של צמד תרמי דורש סוג מיוחד של חוט לשידור, שאליו אנו מתייחסים כאל חוט מפצה. צמדים תרמיים שונים דורשים חוטי פיצוי שונים, ותפקידם העיקרי הוא להתחבר לצמד התרמי, להרחיק את קצה הייחוס של הצמד התרמי ממקור הכוח, ובכך לייצב את הטמפרטורה של קצה הייחוס. חוטי פיצוי מתחלקים לשני סוגים: סוג פיצוי וסוג הארכה. ההרכב הכימי של חוט ההארכה זהה לזה של הצמד התרמי המתוגמל. עם זאת, בפועל, חוט ההארכה אינו עשוי מאותו חומר כמו הצמד התרמי, ובדרך כלל מוחלף בחוט בעל אותה צפיפות אלקטרונים כמו הצמד התרמי. הקשר בין החוט המפצה לצמד התרמי הוא בדרך כלל ברור מאוד. הקוטב החיובי של הצמד התרמי מחובר לחוט האדום של החוט המפצה, ואילו הקוטב השלילי מחובר לצבע הנותר. רוב חוטי הפיצוי עשויים מסגסוגת ניקל נחושת.