Температурни преобразуватели: Какво са те? (Типове и примери)
Какво е температурен преобразувател?
Температурният преобразувател е устройство, което превръща термичната величина в физическа величина, такава като механична енергия, налягане и електрически сигнали и т.н. Например, при термоелемент се генерира електрическа разликата в потенциал поради температурната разлика между неговите краища. Така, термоелементът е температурен преобразувател.
Основни характеристики на температурните преобразуватели
Входът за тях винаги е термична величина
Обикновено превръщат термичната величина в електрическа величина
Често се използват за измерване на температурата и тока на теплото
Основна схема на температурните преобразуватели
Основната схема на температурните преобразуватели е дадена по-долу в следващите стъпки
Елемент за усещане.
Елементът за усещане в температурните преобразуватели е елемент, чиито свойства се променят с промяната в температурата. Когато температурата се промени, съответната промяна се наблюдава в определено свойство на елемента.
Пример – В резистивен температурен детектор (RTD) елементът за усещане е платината.
Желателни условия за избор на елемента за усещане са:
Промяната на единица резистанс на материала за единица промяна в температурата трябва да бъде голяма
Материалът трябва да има висок резистивност, така че да се използва минимален обем материал за неговото изграждане
Материалът трябва да има непрекъснато и стабилно отношение към температурата
Елемент за преобразуване
Това е елемент, който преобразува изхода на елемента за усещане в електрическа величина. Промяната в свойството на елемента за усещане действа като изход за него. Измерва промяната в свойството на елемента за усещане. Изходът на елемента за преобразуване се калибрира, за да даде изход, който представлява промяната в термичната величина.
Пример – При термоелемента разликата в потенциал, произведена между двата края, се измерва с voltmetър и големината на напряжение, произведена след калибриране, дава представа за промяната в температурата.
Типове температурни преобразуватели
Типове контактни температурни сензори
В тези елементът за усещане е в директен контакт с термичния източник. Те използват проводимостта за прехвърляне на термичната енергия.
Типове неконтактни температурни сензори
При неконтактните температурни сензори, елементът не е в директен контакт с термичния източник (аналогично на неконтактен тестер за напрежение или напреглов пълзач). Неконтактните температурни сензори използват принципа на конвекция за тока на теплото. Различните температурни преобразуватели, които обикновено се използват, са описани по-долу:
Терморезистор
Думата терморезистор може да се дефинира като термичен резистор. Както подсказва името, това е устройство, чийто резистанс се променя с промяната в температурата. Благодарение на високата си чувствителност те се използват широко за измерване на температурата. Обикновено се наричат идеални температурни преобразуватели. Терморезисторите обикновено са съставени от смес от метални оксиди.
Свойства на терморезисторите
Имат отрицателен термичен коефициент, т.е. резистансът на терморезистора намалява с увеличаването на температурата
Правят се от полупроводни материали
Са по-чувствителни от RTD (резистивни термометри) и термоелементи
Их резистанс лежи между 0.5Ω до 0.75 MΩ
Обикновено се използват в приложения, където диапазонът за измерване на температурата е -60°C до 15°C.
Резистивни термометри
Друг тип температурен преобразувател е резистивен температурен детектор (RTD). RTD-товете са прецизни температури сензори, направени от високочисти проводни метали, като платина, мед или никел, намотани в спирала, чийто електрически резистанс се променя с промяната в температурата, аналогично на терморезистора.
Их резистанс се променя със следната зависимост:
R = Резистанс на елемента при зададена температура
α = Термичен коефициент на елемента
Ro = Резистанс на елемента при 0°C
Основни характеристики на RTD-товете
Те са много чувствителни и евтини в сравнение с терморезисторите и термоелементите
Могат да измерват температурата от -182.96°C до 630.74°C
Термоелементи
Термоелементите са температурни преобразуватели, които основно се състоят от две спайки на различни метали, като мед и константан, които са сварени. Едната спайка се поддържа при постоянна температура, наречена референтна (студена) спайка, докато другата е измервателна (гореща) спайка. Когато двете спайки са при различни температури, се развива напрежение между спайките, което се използва за измерване на температурата.
