Transductors de Temperatura: Què són? (Tipus i exemples)
Què és un transductor de temperatura?
Un transductor de temperatura és un dispositiu que converteix la quantitat tèrmica en una quantitat física com l'energia mecànica, la pressió o els senyals elèctrics, entre d'altres. Per exemple, en un termopar es produeix una diferència de potencial elèctric deguda a la diferència de temperatura entre les seves terminacions. Així doncs, el termopar és un transductor de temperatura.
Característiques principals dels transductors de temperatura
La seva entrada són sempre quantitats tèrmiques
Generalment converteixen la quantitat tèrmica en una quantitat elèctrica
S'utilitzen normalment per mesurar la temperatura i el flux de calor
Estructura bàsica dels transductors de temperatura
L'estructura bàsica dels transductors de temperatura es presenta a continuació en els següents passos
Element sensor.
L'element sensor en els transductors de temperatura és l'element cuyes propietats canvien amb el canvi de temperatura. Quan la temperatura canvia, ocorre un canvi corresponent en certa propietat de l'element.
Exemple – En un Detector de Temperatura de Resistència (DTR), l'element sensor és el metall platí.
Condicions desitjables per a l'elecció de l'element sensor són
El canvi per unitat de resistència del material per unitat de canvi de temperatura hauria de ser gran
El material hauria de tenir una resistivitat alta per tal d'utilitzar el mínim volum de material per a la seva construcció
El material hauria de tenir una relació contínua i estable amb la temperatura
Element de transducció
És l'element que transforma la sortida de l'element sensor en una quantitat elèctrica. El canvi en la propietat de l'element sensor actua com a sortida per a ell. Mesura el canvi en la propietat de l'element sensor. La sortida de l'element de transducció es calibra per donar una sortida que representa el canvi en la quantitat tèrmica.
Exemple - En el termopar, la diferència de potencial produïda entre les dues terminacions es mesura amb un voltmetre i la magnitud de la tensió produïda després de la calibració dóna una idea del canvi de temperatura.
Tipus de transductors de temperatura
Tipus de sensors de temperatura de contacte
En aquests, l'element sensor està en contacte directe amb la font tèrmica. Utilitzen la conducció per a la transferència d'energia tèrmica.
Tipus de sensors de temperatura sense contacte
En un sensor de temperatura sense contacte, l'element no està en contacte directe amb la font tèrmica (anàleg a un prova-voltatge sense contacte o llapis de prova de tensió). Els sensors de temperatura sense contacte utilitzen el principi de la convecció per al flux de calor. Es descriuen a continuació diversos transductors de temperatura generalment utilitzats:
Termistor
La paraula termistor es pot definir com resistor tèrmic. Com indica el nom, és un dispositiu la resistència del qual canvia amb el canvi de temperatura. Gràcies a la seva alta sensibilitat, s'utilitzen amplament per a la mesura de la temperatura. S'anomenen sovint transductors de temperatura ideals. Els termistors solen estar compostos per una barreja d'òxids metàl·lics.
Propietats dels termistors
Tenen un coeficient tèrmic negatiu, és a dir, la resistència del termistor disminueix amb l'augment de la temperatura
Estan fets de materials semiconductors
Són més sensibles que els DTR (Detectors de Temperatura de Resistència) i els termopars
La seva resistència està entre 0,5Ω i 0,75 MΩ
S'utilitzen generalment en aplicacions on el rang de mesura de la temperatura és de -60°C a 15°C.
Termòmetres de resistència
Un altre tipus de transductor de temperatura és el Detector de Temperatura de Resistència (DTR) o RTD. Els RTD són sensors de temperatura de precisió fabricats a partir de metales conductors de alta pureza com el platí, el cobre o el níquel enrrollats en una bobina i la seva resistència elèctrica canvia amb el canvi de temperatura, similar al termistor.
La seva resistència canvia amb la següent relació,
R = Resistència de l'element a una temperatura determinada
α = Coeficient tèrmic de l'element
Ro = Resistència de l'element a 0°C
Característiques principals dels RTD’s
Són altament sensibles i molt més econòmics en comparació amb els termistors i els termopars
Poden mesurar la temperatura de -182,96°C a 630,74°C
Termopars
Els termopars són transductors de temperatura que consisteixen fonamentalment en dues juntes de metalls diferents, com el cobre i el constantan, que estan soldades. Una junta es manté a una temperatura constant anomenada junta de referència (fria), mentre que l'altra és la junta de mesura (calenta). Quan les dues juntes estan a temperatures diferents, es desenvolupa una tensió a través de la junta, que s'utilitza per mesurar la temperatura.
Principi del termopar
Quan les juntes de dos metalls com el cobre i el constantan estan connectades, es produeix una diferència de potencial entre elles. Aquest fenòmen s'anomena efecte Seebeck, ja que es genera un gradient de temperatura a través dels fils conductors, produint una fem. Aleshores, la tensió de sortida d
