Termoelement är temperatursensorer som är gjorda av två olika metaller. En spänning genereras när metallerna sätts samman för att bilda en korsning och det finns temperaturskillnader mellan dem. Termokopplingskretsar styrs av grundläggande fysiska lagar som påverkar deras förmåga att vidta mätningar.
Seebeckseffekten
En tysk läkare blev fysiker med namnet Thomas Johann Seebeck tog två olika metaller, med en högre temperaturen än den andra och gjorde en seriekrets genom att sammanfoga dem för att bilda en korsning. Han fann att han kunde generera en elektromotorisk kraft (emf) genom att göra det. Emfs är spänningar. Seebeck fann att ju större temperaturskillnaderna mellan metallerna desto högre genereras spänningen, oavsett deras former. Hans upptäckt kallas Seebeck-effekten, och det är grunden till alla termoelement.
Bakgrund
Seebeck, H. Magnus och A.C. Becquerel föreslog de empiriska reglerna för termoelektriska kretsar. Lord Kelvin förklarade sin termodynamiska grund och W.F. Roesser sammanställde dem i en uppsättning av tre grundläggande lagar. De har alla verifierats experimentellt.
Den andra lagen bryts upp i tre delar av dagens forskare, för att ge totalt fem, men Roesser är fortfarande standard.
Lag av homogena material
Detta var ursprungligen känt som lagen om homogena metaller. En homogen tråd är en som är fysiskt och kemiskt densamma hela tiden. Denna lag säger att en termoelementskrets som är gjord med en homogen tråd inte kan generera en emf, även om den har olika temperaturer och tjocklekar överallt. Med andra ord måste ett termoelement tillverkas av åtminstone två olika material för att generera en spänning. En ändring i området av tvärsnittet av en ledning eller en förändring av temperaturen på olika ställen i ledningen kommer inte att ge en spänning.
Lag av mellanliggande material
Detta var ursprungligen känd som lagen om intermediära metaller. Summan av alla emfs i en termoelementskrets med två eller flera olika metaller är noll om kretsen är vid samma temperatur.
Denna lag tolkas så att tillsättningen av olika metaller till en krets kommer att påverkar inte spänningen som kretsen skapar. De tillsatta korsningarna ska ligga vid samma temperatur som korsningarna i kretsen. Till exempel kan en tredje metall, såsom kopparledningar, tillsättas för att hjälpa till att göra en mätning. Därför kan termoelement användas med digitala multimetrar eller andra elektriska komponenter. Det är också varför lödmetall kan användas för att gå med i metaller för att bilda termoelement.
Lag av successiva eller mellanliggande temperaturer
Ett termoelement tillverkat av två olika metaller ger en emf, E1, när metallerna är vid olika temperaturer, T1 respektive T2. Antag att en av metallerna har en temperaturförändring till T3, men den andra förblir vid T2. Då skapas emf när termoelementet är vid temperaturer T1 och T3 blir summan av den första och den andra, så att Enew = E1 + E2.
Denna lag tillåter ett termoelement som kalibreras med en referenstemperatur till användas med en annan referenstemperatur. Det tillåter också extra trådar med samma termoelektriska egenskaper som läggs till kretsen utan att påverka dess totala emf.
