Temperaturtransducere: Hvad er de? (Typer & eksempler)

Hvad er en temperaturtransducer?

En temperaturtransducer er en enhed, der konverterer termisk mængde til en fysisk mængde såsom mekanisk energi, tryk og elektriske signaler osv. For eksempel produceres i en termokopling den elektriske spændingsforskel på grund af temperaturforskellen over dens terminaler. Således er termokoplingen en temperaturtransducer.

Hovedegenskaber ved temperaturtransducere

• Indgangen til dem er altid termiske mængder

• De konverterer generelt termiske mængder til elektriske mængder

• De bruges normalt til måling af temperaturen og varmestrømmen

Grundlæggende skema for temperaturtransducere

Det grundlæggende skema for temperaturtransducere er givet nedenfor i følgende trin
Sensorelement.

Sensorelementet i temperaturtransducere er det element, hvis egenskaber ændrer sig med ændring i temperaturen. Når temperaturen ændres, forekommer der en tilsvarende ændring i et bestemt egenskab hos elementet.

Eksempel – I en Resistance Temperature Detector (RTD) er sensorelementet platina.

Ønskværdige betingelser for valg af sensorelement er som følger

• Ændring pr. enhed modstand af materiale pr. enhed ændring i temperaturen bør være stor

• Materialet bør have en høj spændningsfaktor så at minimum volumen af materiale bruges til dets konstruktion

• Materialet bør have en kontinuerlig og stabil forhold til temperaturen

• Transduktionselement
  Dette er elementet, der omdanner udgangen fra sensorelementet til en elektrisk mængde. Ændringen i egenskaben af sensorelementet fungerer som udgangen for det. Det måler ændringen i egenskaben af sensorelementet. Udgangen fra transduktionselementet kalibreres derefter for at give en udgang, der repræsenterer ændringen i den termiske mængde.

Eksempel- I en termokopling bliver den potentielle forskel, der opstår over de to terminaler, målt af en voltmeter, og størrelsen af den spænding, der opstår efter kalibrering, giver en idé om ændringen i temperaturen.

Typer af temperaturtransducere

Kontaktsensor typer for temperatur

I disse er sensorelementet i direkte kontakt med den termiske kilde. De bruger konduktion til overførsel af termisk energi.

Ikonktaktsensor typer for temperatur

I en ikonktaktsensor for temperatur er elementet ikke i direkte kontakt med den termiske kilde (analogt til en ikonktaktsensor for spænding eller spændingspen). Ikonktaktsensorer for temperatur bruger princippet om konvektion for varmestrøm. De forskellige temperaturtransducere, der generelt anvendes, beskrives nedenfor:

Termistor

Ordet termistor kan defineres som en termisk resistor. Som navnet antyder, er det en enhed, hvis modstand ændrer sig med ændringen i temperaturen. På grund af deres høje sensitivitet anvendes de bredt til måling af temperaturen. De kaldes ofte den ideale temperaturtransducer. Termistorer er normalt sammensat af en blanding af metaliske oksider.

Egenskaber ved termistorer

• De har en negativ termisk koefficient, dvs. modstanden af termistoren falder, når temperaturen stiger

• De er lavet af halvleder materialer

• De er mere sensitive end RTD (Resistance Thermometers) og termokoplinger

• Deres modstand ligger mellem 0,5Ω til 0,75 MΩ

• De anvendes generelt i applikationer, hvor målingsområdet for temperatur -60°C til 15°C.

Modstandstemometer

En anden type temperaturtransducer er Resistance Temperature Detector eller RTD. RTD'er er præcision temperatursensorer lavet af højkvalitet ledende metaller som platinum, kobber eller nikkel, der er viklet ind i en spole, og hvis elektriske modstand ændrer sig med ændringen i temperaturen, ligesom ved termistor.

Deres modstand ændrer sig med følgende relation:

R = Modstand af element ved given temperatur
α = Termisk koefficient af element
Ro = Modstand af element ved 0°C

Hovedegenskaber ved RTD'er

• De er højsensitive og meget billige sammenlignet med termistorer og termokoplinger

• De kan måle temperaturen fra -182,96°C til 630,74°C

Termokoplinger

Termokoplinger er temperaturtransducere, der består af to forbindelser af forskellige metaller, såsom kobber og constantan, der er svaret. En forbindelse holdes ved en konstant temperatur kaldet referencen (Kold) forbindelse, mens den anden er målings (Varm) forbindelse. Når de to forbindelser er ved forskellige temperaturer, dannes en spænding over forbindelsen, der anvendes til at måle temperaturen.

Princip for termokopling

Når forbindelserne af to metaller såsom kobber og constantan er forbundet sammen, dannes der en spændingsforskel mellem dem. Dette fænomen kaldes