Teplotní převodníky: Co to jsou? (Typy a příklady)

Co je teplotní převodník?

Teplotní převodník je zařízení, které tepelnou veličinu převede na jakoukoliv fyzikální veličinu, jako je mechanická energie, tlak nebo elektrické signály atd. Například v termočlánku se elektrický rozdíl potenciálů vytváří díky rozdílu teploty mezi jeho čidly. Takže termočlánek je teplotní převodník.

Hlavní vlastnosti teplotních převodníků

• Jeho vstupem jsou vždy tepelné veličiny

• Obvykle převádějí tepelnou veličinu na elektrickou veličinu

• Jsou obecně používány pro měření teploty a toku tepla

Základní schéma teplotních převodníků

Základní schéma teplotních převodníků je níže uvedeno v následujících krocích
Cidlo.

Cidlo v teplotních převodnících je prvek, jehož vlastnosti se mění s teplotou. S měnící se teplotou dochází ke změně určité vlastnosti prvku.

Příklad – V Odporném teplotním detektoru (RTD) je cidlem platina.

Požadavky na výběr cidel jsou následující

• Změna odporu materiálu na jednotku změny teploty by měla být vysoká

• Materiál by měl mít vysokou specifickou odporovost, aby se použilo co nejmenší množství materiálu pro jeho výrobu

• Materiál by měl mít spojitý a stabilní vztah s teplotou

• Převodní prvek
  Jde o prvek, který transformuje výstup cidel na elektrickou veličinu. Změna vlastnosti cidel slouží jako vstup pro něj. Měří změnu vlastnosti cidel. Výstup převodního prvku je pak kalibrován tak, aby reprezentoval změnu tepelné veličiny.

Příklad – V termočlánku se rozdíl potenciálů mezi dvěma čidly měří voltmetrem a hodnota napětí po kalibraci dává představu o změně teploty.

Druhy teplotních převodníků

Kontaktní typy teplotních čidel

U těchto převodníků je cidlo v přímém kontaktu s tepelným zdrojem. Používají konduktivní přenos tepelné energie.

Nekontaktní typy teplotních čidel

U nekontaktního teplotního čidlo není prvek v přímém kontaktu s tepelným zdrojem (podobně jako u nekontaktního čidlo napětí nebo holiče na napětí). Nekontaktní teplotní čidlo používají princip konvekce pro přenos tepla. Různé teplotní převodníky, které se obecně používají, jsou popsány níže:

Termistor

Slovo termistor lze označit jako tepelný odpor. Jako naznačuje název, jde o zařízení, jehož odpor se mění s teplotou. Díky své vysoké citlivosti se široce používají pro měření teploty. Obvykle se označují jako ideální teplotní převodníky. Termistory jsou obecně složeny z směsi kovových oxidů.

Vlastnosti termistorů

• Mají negativní tepelný koeficient, tj. odpor termistoru klesá s rostoucí teplotou

• Jsou vyrobeny ze polovodičových materiálů

• Jsou citlivější než RTD (Odporné teplotoměry) a termočlánky

• Jejich odpor se pohybuje mezi 0,5Ω a 0,75 MΩ

• Jsou obecně používány v aplikacích, kde je měřený rozsah teplot -60°C až 15°C.

Odporné teploměry

Dalším typem teplotního převodníku je Odporný teplotní detektor (RTD). RTD jsou precizní teplotní čidlo vyrobené z vysokopurity kovů, jako je platina, měď nebo nikl, které jsou navinuty do cívky a jejichž elektrický odpor se mění s teplotou, podobně jako u termistoru.

Jejich odpor se mění podle následujícího vztahu:

R = Odpor prvku při dané teplotě
α = Tepelný koeficient prvku
Ro = Odpor prvku při 0°C

Hlavní vlastnosti RTD

• Jsou velmi citlivé a levné ve srovnání s termistry a termočlánky

• Mohou měřit teploty od -182,96°C až 630,74°C

Termočlánky

Termočlánky jsou teplotní převodníky, které základně tvoří dva uzly různých kovů, jako jsou měď a constantan, které jsou spájeny. Jeden uzel je udržován při konstantní teplotě, tzv. referenční (chladný) uzel, zatímco druhý je měřicí (horký) uzel. Když jsou oba uzly při různých teplotách, vytváří se napětí mezi uzly, které se používá k měření teploty.

Princip termočlánku