Temperaturni transducenti: Što su to? (Vrste i primjeri)

Što je Temperaturni Transduktor?

Temperaturni transduktor je uređaj koji pretvara toplinsku količinu u bilo koju fizičku količinu, poput mehaničke energije, tlaka i električnih signala itd. Na primjer, u termokuplu električna razlika potencijala proizvedena je zbog razlike temperature na njenim terminalima. Stoga, termokuplja je temperaturni transduktor.

Osnovne Značajke Temperaturnih Transduktora

• Ulazni signali su uvijek toplinske količine

• Oni obično pretvaraju toplinsku količinu u električnu količinu

• Obično se koriste za mjerenje temperature i toka topline

Osnovna Shema Temperaturnih Transduktora

Osnovna shema temperaturnih transduktora dana je u sljedećim koracima
Senzorna jedinica.

Senzorna jedinica u temperaturnim transduktorima je element čija svojstva mijenjaju se s promjenom temperature. Kako temperatura mijenja, odgovarajuće promjene se događaju u određenoj svojstvu elementa.

Primjer – U Otpornom Temperaturnom Detektoru (RTD) senzorna jedinica je platina.

Željene uvjete za izbor senzorne jedinice su sljedeći

• Promjena po jedinici otpora materijala po jedinici promjene temperature treba biti velika

• Materijal treba imati visoku specifičnu otpornost kako bi se koristila minimalna količina materijala za njegovu konstrukciju

• Materijal treba imati kontinuiranu i stabilnu vezu s temperaturom

• Transducirajuća jedinica
  To je element koji transformira izlaz senzorne jedinice u električnu količinu. Promjena svojstva senzorne jedinice djeluje kao izlaz za nju. Mjera promjene svojstva senzorne jedinice. Izlaz transducirajuće jedinice zatim kalibriran je kako bi dao izlaz koji predstavlja promjenu toplinske količine.

Primjer – U termokupli potencijalna razlika proizvedena na dva terminala mjeri se voltmetrom, a magnituda napona proizvedena nakon kalibracije daje ideju o promjeni temperature.

Vrste Temperaturnih Transduktora

Vrste Kontaktnih Temperaturnih Senzora

U ovim je senzorna jedinica u direktnom kontaktu s toplinskim izvorom. Koriste provođenje za prijenos toplinske energije.

Vrste Nekontaktnih Temperaturnih Senzora

U nekontaktnom temperaturnom senzoru, element nije u direktnom kontaktu s toplinskim izvorom (analogno nekontaktnom voltmetru ili volt olovki). Nekontaktni temperaturni senzori koriste princip konvekcije za tok toplinske energije. Različiti temperaturni transduktori koji se obično koriste opisani su ispod:

Termistor

Riječ termistor može se definirati kao Toplotni Otpornik. Kao što naziv sugerira, to je uređaj čiji se otpor mijenja s promjenom temperature. Zbog svoje visoke osjetljivosti široko se koriste za mjerenje temperature. Obično se nazivaju idealni temperaturni transduktor. Termistori su obično sastavljeni od mješavine metalnih oksida.

Svojstva Termistora

• Imaju negativni toplinski koeficijent, tj. otpor termistora smanjuje se s porastom temperature

• Izrađeni su od poluvodičnih materijala

• Više osjetljivi su od RTD (Otpornih Temperaturnih Detektora) i termokupli

• Njihov otpor leži između 0,5Ω do 0,75 MΩ

• Obično se koriste u aplikacijama gdje je raspon mjerenja temperature -60°C do 15°C.

Otporni Temperaturni Detektori (RTD)

Još jedna vrsta temperaturnog transduktora je Otporni Temperaturni Detektor (RTD). RTD-ovi su precizni temperaturni senzori izrađeni od visokočistih vodljivih metala, poput platine, bakra ili nikla savijenih u bobinu, čiji električki otpor se mijenja s promjenom temperature, slično termistoru.

Njihov otpor mijenja se prema sljedećoj relaciji,

R = Otpor elementa na zadanoj temperaturi
α = Toplinski koeficijent elementa
Ro = Otpor elementa na 0°C

Osnovne Značajke RTD-ova

• Vrlo osjetljivi su i vrlo jeftini u usporedbi s termistorima i termokuplima

• Mogu mjeriti temperaturu od -182.96°C do 630.74°C

Termokupli

Termokupli su temperaturni transduktori koji su osnovno sastavljeni od dvije spajnice različitih metala, poput bakra i konstantana koje su zavarane. Jedna spajnica zadržana je na konstantnoj temperaturi, tzv. referentna (hladna) spajnica, dok je druga, mjeriteljska (vrhunsko) spajnica. Kada su dvije spajnice na različitim temperaturama, razlika potencijala razvija se na spajnici, koja se koristi za mjerenje temperature.

Princip Rada Termokupli

Kada su spajnice dvaju metala, poput bakra i konstantana spojene, potencijalna razlika proizvedena je između njih. Taj fenomen zove se Seebeckov efekt jer se generira gradijent temperature duž vodilnih žica, proizvodeći emf. Tada je izlazni napon iz termokuple funkcija promjena temperature.

Osnovne Značajke Termokupli

• Ekstremne temperature u rasponu od -200°C do preko +2000°C mogu se mjeriti termokuplom, što je prednost nad RTD-om i termistorom

• To su aktivni transduktori, pa ne zahtijevaju vanjski izvor za mjerenje temperature, kao RTD-ovi i termistori.

• Jeftiniji su od RTD-ova i termistora.