Lämpötilamuunnin: Mikä se on? (Tyypit & Esimerkit)
Mikä on lämpötilaanturi?
Lämpötilaanturi on laite, joka muuntaa lämpötilan fyysiselle suurelle, kuten mekaaniseksi energiaksi, paineeksi tai sähköisiksi signaaliksi jne. Esimerkiksi termoparissa sähköinen potentiaaliero syntyy sen päätepisteiden lämpötilavaihtelun vuoksi. Siksi termopari on lämpötilaanturi.
Lämpötilaanturien päätavoitteet
Niihin syötettyjä arvoja ovat aina lämpötilamäärällisiä
Ne yleensä muuntavat lämpötilan sähköiseksi määräksi
Niitä käytetään yleensä lämpötilan ja lämmönvirtauksen mittaamiseen
Lämpötilaanturien perusskeema
Lämpötilaanturien perusskeema annetaan seuraavissa vaiheissa
Havaintoelementti.
Havaintoelementti lämpötilaantureissa on elementti, jonka ominaisuudet muuttuvat lämpötilan muuttuessa. Kun lämpötila muuttuu, kyseisen elementin tietty ominaisuus muuttuu vastaavasti.
Esimerkki – Vastuslämpömittarin (RTD) havaintoelementti on platina.
Havaintoelementin valitsemista koskevat toivottavat ehdot ovat seuraavat
Muutos materiaalin yksikköresistanssissa yksikkölämpötilamuutoksen kohdalla pitäisi olla suuri
Materiaalilla pitäisi olla korkea vastuskyky, jotta materiaalin käyttö olisi mahdollisimman pieni
Materiaalilla pitäisi olla jatkuva ja vakaa suhde lämpötilaan
Transduktioelementti
Se on elementti, joka muuntaa havaintoelementin tuloksen sähköiseksi määräksi. Havaintoelementin ominaisuuden muutos toimii sen tuloksena. Se mitataan havaintoelementin ominaisuuden muutosta. Transduktioelementin ulostulo kalibroidaan antamaan luku, joka edustaa lämpötilan muutosta.
Esimerkki – Termoparissa potentiaaliero, joka syntyy kahden pisteen välillä, mitataan voltmetrillä, ja jänniten kalibroinnin jälkeen saatu suuruus antaa tiedon lämpötilan muutoksesta.
Lämpötilaanturien tyypit
Kontaktilämpötilasensorityypit
Näissä havaintoelementti on suorassa yhteydessä lämpölähdeeseen. Ne käyttävät lämmön siirtymistä johtavuuden avulla.
Yhteyttömät lämpötilasensorityypit
Yhteyttömässä lämpötilasensorissa elementti ei ole suorassa yhteydessä lämpölähdeeseen (vastaavasti kuin yhteyttömässä jännitesensorissa tai jännitekynässä). Yhteyttömiä lämpötilasensorit käyttävät konvektion periaatetta lämmön kuljetukseen. Alla kuvataan erilaisia yleisesti käytettyjä lämpötilaantureita:
Termistori
Sana termistori voidaan kutsua myös lämpötilaresistoreksi. Nimen mukaisesti kyseessä on laite, jonka vastus muuttuu lämpötilan muuttuessa. Korkean herkkytensä vuoksi ne käytetään laajasti lämpötilan mittaamiseen. Niitä kutsutaan usein ideaaliseksi lämpötilaantureiksi. Termistorit koostuvat yleensä metallioksideista.
Termistorien ominaisuudet
Neillä on negatiivinen lämpökerroin, eli termistorin vastus vähenee lämpötilan nousessa
Ne on tehty puolijuovamateriaaleista
Ne ovat herkempiä kuin RTD:t (Vastuslämpömittarit) ja termoparit
Niiden vastus on välillä 0,5Ω–0,75 MΩ
Niitä käytetään yleensä sovelluksissa, joissa lämpötilan mittausalue on -60°C–15°C.
Vastuslämpömittarit
Toinen lämpötilaanturityyppi on Vastuslämpömittari (RTD). RTD:t ovat tarkkoja lämpötilasensorit, jotka valmistetaan korkean puhtauden johtavista metaleista, kuten platina, kupari tai nikeli, jotka on pyöritetty piiriksi, ja joiden sähköinen vastus muuttuu lämpötilan muuttuessa, samalla tavalla kuin termistorin tapauksessa.
Niiden vastus muuttuu seuraavan kaavan mukaan,
R = Elementin vastus tietyllä lämpötilalla
α = Elementin lämpökerroin
Ro = Elementin vastus 0°C:ssä
RTD:n päätavoitteet
Ne ovat erittäin herkkä ja halpa verrattuna termistoreihin ja termopareihin
Ne voivat mitata lämpötilan -182,96°C–630,74°C
Termoparit
Termoparit ovat lämpötilaantureita, jotka koostuvat kahdesta erilaisten metallien, kuten kuparin ja constantanin, yhdistelmästä, jotka on liitetty. Yksi yhteyspidetty vakiona kutsuttuun viite- (kylmään) yhteyteen, kun taas toinen mittaus- (kuumalle) yhteyteen. Kun kaksi yhteyttä ovat eri lämpötiloissa, yhteyksien välille syntyy jännite, jota käytetään lämpötilan mittaamiseen.
Termoparin periaate
