Temperaturni transducери: Šta su to? (Vrste i primeri)

Šta je Temperaturni Pretvarač?

Temperaturni pretvarač je uređaj koji konvertuje toplinsku količinu u bilo koju fizičku količinu, kao što su mehanička energija, pritisak i električni signali itd. Na primer, u termokuplju električna razlika potencijala nastaje zbog razlike temperature na njegovim terminalima. Dakle, termokuplje je temperaturni pretvarač.

Osnovne karakteristike temperaturnih pretvarača

• Ulaz za njih su uvek toplinske količine

• Obično konverziju toplinske količine u električnu količinu

• Obično se koriste za merenje temperature i toka toplote

Osnovna shema temperaturnih pretvarača

Osnovna shema temperaturnih pretvarača dat je u sledećim koracima
Senzorski element.

Senzorski element u temperaturnim pretvaračima je element čije osobine se menjaju sa promenom temperature. Kako se temperatura menja, odgovarajuće promene se dešavaju u nekoj osobini elementa.

Primer – U Otpornom Temperaturnom Detektoru (RTD) senzorski element je platina.

Željene uslove za izbor senzorskog elementa su sledeći

• Promena po jedinici otpora materijala po jedinici promene temperature treba da bude velika

• Materijal treba da ima visoku specifičnu otpornost tako da se za njegovu izgradnju koristi minimalan obim materijala

• Materijal treba da ima kontinualnu i stabilnu vezu sa temperaturom

• Element transducije
  To je element koji transformiše izlaz senzorskog elementa u električnu količinu. Promena u osobini senzorskog elementa predstavlja izlaz za njega. Mjeri promenu u osobini senzorskog elementa. Izlaz elementa transducije zatim se kalibruje kako bi dao izlaz koji predstavlja promenu u toplinskoj količini.

Primer – U termokuplju potencijalna razlika koja se javlja na dva terminala mjeri se voltmetrom i magnituda napona nakon kalibracije daje ideju o promeni temperature.

Vrste temperaturnih pretvarača

Vrste kontaktnih temperaturnih senzora

U ovim slučajevima senzorski element je u direktnom kontaktu sa toplinskim izvorom. Koriste kondukciju za prenos toplinske energije.

Vrste nekontaktnih temperaturnih senzora

U nekontaktnom temperaturnom senzoru, element nije u direktnom kontaktu sa toplinskim izvorom (analogno nekontaktnom voltmetru ili volt pen-u). Nekontaktni temperaturni senzori koriste princip konvekcije za tok toplote. Različiti temperaturni pretvarači koji se opšte koriste opisani su ispod:

Termistor

Reč termistor može biti definisana kao Toplotni Otpornik. Kao što naziv indicira, to je uređaj čiji se otpor menja sa promenom temperature. Zbog njihove visoke osjetljivosti široko se koriste za merenje temperature. Obično se nazivaju idealnim temperaturnim pretvaračima. Termistori su obično sastavljeni od mešavine metalnih oksida.

Svojstva termistora

• Imaju negativan toplotni koeficijent, tj. otpor termistora smanjuje se sa porastom temperature

• Izrađeni su od poluprovodničkih materijala

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

• Njihov otpor se kreće između 0.5Ω do 0.75 MΩ

• Obično se koriste u aplikacijama gde je opseg merenja temperature -60°C do 15°C.

Otporni Termometri

Još jedan tip temperaturnog pretvarača je Otporni Temperaturni Detektor (RTD). RTD-ovi su precizni temperaturni senzori izrađeni od visokočistih provodnih metala, kao što su platina, bakar ili nikl, savijeni u bobinu, čiji električni otpor se menja sa promenom temperature, slično termistoru.

Njihov otpor se menja sa sledećom relacijom,

R = Otpor elementa na datoj temperaturi
α = Tepločetni koeficijent elementa
Ro = Otpor elementa na 0°C

Osnovne karakteristike RTD-ova

• Veoma su osjetljivi i vrlo jeftini u poređenju s termistorima i termokupljima

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

Termokuplji

Termokuplji su temperaturni pretvarači koji su osnovno sastavljeni od dva spoja različitih metala, kao što su bakar i constantan, koji su spajeni. Jedan spoj se zadržava na konstantnoj temperaturi, nazvan referentnom (hladnom) spojem, dok drugi, merač (vrući) spoj. Kada su dva spoja na različitim temperaturama, naponska razlika se razvija na spoju, koja se koristi za merenje temperature.

Princip rada termokuplja

Kada su spojeni spojevi dva metala, kao što su bakar i constantan, proizvedena je potencijalna razlika između njih. Ovaj fenomen se naziva Seebeck efekt