העיקרון הבסיסי למדידת טמפרטורה של צמד תרמי
מוליכים או מוליכים למחצה A ו- B משני חומרים שונים מרותכים זה לזה ליצירת לולאה סגורה. כאשר יש הפרש טמפרטורה בין שתי נקודות ההצמדה 1 ו -2 של המוליכים A ו- B, נוצר כוח אלקטרומוטיבי בין השניים, וכך נוצר לולאה זרם בגודל אחד, הנקרא אפקט תרמו-אלקטרי. צמידים תרמיים משתמשים באפקט זה כדי לעבוד. מהי צמד תרמי של צמד תרמי והתנגדות תרמית הם מדידת טמפרטורות מגע במדידת טמפרטורה, אם כי אותה השפעה היא למדידת טמפרטורת האובייקט, אך העקרונות והתכונות שלהם אינם זהים. צמד תרמי הוא הנפוץ ביותר במדידת טמפרטורה מגוון רחב של מכשירי טמפרטורה, התכונות העיקריות שלו הן מגוון רחב של נשיקות, ביצועים יציבים, מבנה פשוט, תגובה דינאמית טובה ויכולה להעביר מרחוק אותות חשמליים 4-20mA, להקל על שליטה אוטומטית ובקרה מרכזית . עקרון התרמומטריה של צמד תרמי מבוסס על האפקט התרמו-אלקטרי. חיבור שני מוליכים או מוליכים למחצה לולאה סגורה, כאשר הטמפרטורות בשתי הצמתים שונות, נוצר פוטנציאל תרמו-לולי בלולאה. תופעה זו נקראת האפקט התרמו-אלקטרי, המכונה גם אפקט הסייבק. הפוטנציאל התרמו-אלקטרי הנוצר בלולאה הסגורה מורכב משני פוטנציאלים: פוטנציאל הפרשי הטמפרטורה ופוטנציאל המגע. הפוטנציאל התרמו-אלקטרי מתייחס לפוטנציאל שנוצר על ידי הפרש הטמפרטורה בין שני הקצוות של אותו מוליך. למוליכים שונים יש צפיפות אלקטרונים שונים, כך שהפוטנציאלים שהם מייצרים הם שונים. פוטנציאל המגע, כפי שהשם מרמז, מתייחס למגע של שני מוליכים שונים. בגלל צפיפות האלקטרונים השונים שלהם הם מייצרים כמות מסוימת של דיפוזיה אלקטרונית. כאשר הם מגיעים לשיווי משקל מסוים, פוטנציאל פוטנציאל המגע תלוי בתכונות החומר של שני המוליכים השונים ובטמפרטורה של נקודות המגע שלהם. נכון לעכשיו, לצמד התרמי המיושם הבינלאומי יש מפרט סטנדרטי. הצמד התרמי הבינלאומי מחולק לשמונה סולמות שונים, כלומר B, R, S, K, N, E, J ו- T, שיכולים למדוד את הטמפרטורה הנמוכה ביותר. מדידת 270 מעלות צלזיוס, עד 1800 מעלות צלזיוס, שם B, R, S שייכים לסדרת הפלטינה של צמד תרמי, מכיוון שפלטינה היא מתכת יקרה, ולכן הם נקראים גם צמד תרמי מתכת יקרה, והמעטים הנותרים נקראים תרמו-אלקטריים מתכתיים זולים ישנם שני סוגים של צמד תרמי, רגילים ומשוריינים. צמידים תרמיים רגילים מורכבים בדרך כלל מאלקטרודות חמות, צינורות בידוד, שרוולי מגן ותיבות צומת, ואילו צמידים תרמיים משוריינים מורכבים על ידי שילוב של חוטי צמד תרמי, חומרי בידוד ושרוולי הגנה ממתכת. מתוח לשילוב יציב. עם זאת, האות החשמלי של הצמד התרמי דורש חוט מיוחד לשידור. חוט זה נקרא חוט פיצוי. צמידים תרמיים שונים מצריכים חוטי פיצוי שונים, שתפקידם העיקרי הוא להתחבר לצמד התרמי, כך שקצה ההתייחסות של צמד התרמי נמצא הרחק מאספקת החשמל, כך שהטמפרטורה של צומת ההתייחסות יציבה. חוט הפיצויים מחולק לשני סוגים: סוג הפיצוי וסוג הרחבה. ההרכב הכימי של חוט ההארכה זהה לזה של הצמד התרמי המפוצה. עם זאת, בפועל, החוט מסוג ההארכה אינו עשוי מאותו חומר כמו הצמד התרמי, והוא משמש בדרך כלל ואל תרמו. במקום חוטים עם אותה צפיפות אלקטרונים. בדרך כלל החיבור של חוט התגמול לצמד התרמי ברור. המסוף החיובי של הצמד התרמי מחובר לקו האדום של חוט הפיצוי, והאלקטרודה השלילית מחוברת לצבע שנותר. רוב החומרים לתילי הפיצוי עשויים מסגסוגת נחושת-ניקל.
צמד תרמי מסוג R: צמד תרמי 13 פלטינה רודיום
מפרטים של צמד תרמי מסוג R: עבור צמידים תרמיים מתכתיים יקרים. קוטר הלהט מצוין כ- 0.5 מ"מ, הסטייה המותרת היא -0.015 מ"מ, וההרכב הכימי הנומינלי של האלקטרודה החיובית (RP) הוא סגסוגת פלטינה-רודיום, המכילה 13% ביסמוט, 87% פלטינה, וטהור פלטינה (RN). טמפרטורת ההפעלה המרבית היא 1300 מעלות צלזיוס, וטמפרטורת ההפעלה המרבית לטווח הקצר היא 1600 מעלות צלזיוס.
היתרונות של צמד תרמי מסוג R: יש לו את הדיוק הגבוה ביותר, את היציבות הטובה ביותר, טווח טמפרטורות רחב וחיי שירות ארוכים. יש לו תכונות פיזיקליות וכימיות טובות, יציבות פוטנציאלית תרמו-אלקטרית טובה ועמידות גבוהה בפני חמצון בטמפרטורות גבוהות, ומתאימה לחמצון ואווירה אינרטית. מכיוון שהביצועים המקיפים של צמד התרמי מסוג R שקולים לביצועים של צמד התרמי מסוג S, קשה היה לקדם בסין. בנוסף ליישום מדידת טמפרטורה על ציוד מיובא, מדידת טמפרטורה ביתית כמעט ולא משתמשים. בין השנים 1967 - 1971, מחקר שיתופי בין NPL הבריטי, ה- NBS האמריקנית ומכוני המחקר NRC הקנדיים הראה כי היציבות והשחזור של צמד התרמי מסוג R טובים יותר מאלה של צמד התרמי מסוג S. מחקרים בתחום זה טרם בוצעו.
צמד תרמי מסוג R אינו מספיק: זהו פוטנציאל תרמי, קצב הפוטנציאל התרמו-אלקטרי הוא קטן, הרגישות נמוכה, הכוח המכני מוריד בטמפרטורה גבוהה, הוא רגיש מאוד לזיהום, וחומר המתכת היקר הוא יקר, כך שה השקעה חד פעמית גדולה. יש מעט מאוד יצרנים לשימוש חוזר.