Hőmérséklet átalakítók: Mire utalnak? (Típusok és példák)

Mi a hőmérsékleti transzducens?

A hőmérsékleti transzducens olyan eszköz, amely a hőmennyiséget bármilyen fizikai mennyiségbe, például mechanikai energiába, nyomásba vagy elektromos jelekbe alakítja. Például a termopár esetében az elektromos potenciálkülönbség kialakul a végpontok közötti hőmérsékletkülönbség miatt. Tehát a termopár egy hőmérsékleti transzducens.

Hőmérsékleti transzducensek fő jellemzői

• Bemeneteik mindig hőmennyiségek

• Általában a hőmennyiségeket elektromos mennyiségekre alakítják át

• Általában a hőmérséklet és a hőáramlás mérésére használják őket

Hőmérsékleti transzducensek alapvető elrendezése

A hőmérsékleti transzducensek alapvető elrendezése a következő lépésekben adódik:
Érzékelő elem.

Az érzékelő elem a hőmérsékleti transzducenseknél az az elem, amely tulajdonságai változnak a hőmérséklet változása során. Ahogy a hőmérséklet változik, a megfelelő tulajdonság is változik az elemnél.

Példa – A Hőmérsékleti ellenállás érzékelő (RTD) esetében az érzékelő elem platinametal.

Az érzékelő elem kiválasztásánál a kívánt feltételek a következők:

• Az anyag ellenállásának egységnyi változása egységnyi hőmérsékletváltozásra vonatkozóan nagy kell, hogy legyen

• Az anyag magas ellenállásossággal rendelkezzen, hogy minimális mennyiségű anyagot használjanak annak gyártásához

• Az anyag folyamatos és stabil kapcsolatban kell, hogy álljon a hőmérséklettel

• Transzducens elem
  Ez az elem, amely az érzékelő elem kimenetét elektromos mennyiséggé alakítja. Az érzékelő elem tulajdonságának változása szolgál kimenetnek. Méri az érzékelő elem tulajdonságának változását. A transzducens elem kimenete akkor van kalibrálva, hogy a hőmennyiség változását reprezentálja.

Példa – A termopár esetében a potenciálkülönbség, amely a két végpont között keletkezik, voltmérővel mérhető, és a feszültség mért értéke a kalibráció után információt ad a hőmérséklet változásáról.

Hőmérsékleti transzducensek típusai

Kapcsolati hőmérséklet-érzékelő típusok

Ebben az esetben az érzékelő elem közvetlen kapcsolatban áll a hőforrással. A hőenergia továbbításához konduziót használnak.

Nemkapcsolati hőmérséklet-érzékelő típusok

A nemkapcsolati hőmérséklet-érzékelő esetén az elem nem áll közvetlen kapcsolatban a hőforrással (azt mint egy nemkapcsolati feszültségtesztert vagy feszültségpenzt). A nemkapcsolati hőmérséklet-érzékelők a konvekció elvét használják a hőáramlásra. A hőmérsékleti transzducensek, amelyek általában használatosak, a következők:

Termisztor

A termisztor neve a hőmérséklet-ellenállásról származik. Ahogy a név is mutatja, ez olyan eszköz, amely ellenállása a hőmérséklet változásával változik. A nagy érzékenységük miatt széles körben használják a hőmérséklet mérésére. Általában ideális hőmérsékleti transzducensnek tekintik őket. A termisztorok általában félmaganyi oxiddal vannak összekeverve.

Termisztorok tulajdonságai

• Negatív hőmérsékleti együtthatóval rendelkeznek, azaz a termisztor ellenállása csökken a hőmérséklet növekedésével

• Félmagány anyagokból készülnek

• Érzékenyebbek, mint a RTD (Hőmérsékleti ellenállás érzékelő) és a termopárok

• Az ellenállásuk 0,5Ω és 0,75 MΩ között helyezkedik el

• Általában -60°C és 15°C közötti hőmérsékletméréshez használják őket.

Ellenállásos hőmérők

Másik típusú hőmérsékleti transzducens a Hőmérsékleti ellenállás érzékelő (RTD). Az RTD-k precíziós hőmérséklet-érzékelők, amelyeket magas tisztaságú vezető fémekből, például platina, réz vagy nikkelből készítenek, és amelyek elektromos ellenállása a hőmérséklet változásával változik, hasonlóan a termisztorhoz.

Az ellenállásuk a következő reláció szerint változik:

R = Az elem ellenállása adott hőmérsékleten
α = Az elem hőmérsékleti együtthatója
Ro = Az elem ellenállása 0°C-on

RTD-k fő jellemzői

• Nagyon érzékenyek és olcsóbbak, mint a termisztorok és a termopárok

• -182,96°C és 630,74°C között mérhetik a hőmérsékletet

Termopárok

A termopárok hőmérsékleti transzducensek, amelyek alapvetően két, különböző fémekből, például coppers és constantanból készült csatlakozást tartalmaznak, amelyeket összevarják. Az egyik csatlakozást állandó hőmérsékleten tartják, amit referenciásként (hideg) csatlakozásnak neveznek, míg a másikat mérő (meleg) csatlakozásként. Ha a két csatlakozás különböző hőmérsékleten van, akkor a csatlakozások között feszültség keletkezik