Температурні перетворювачі: що це таке? (Типи та приклади)
Що Таке Температурний Перетворювач?
Температурний перетворювач — це пристрій, який перетворює теплову величину на будь-яку фізичну величину, таку як механічна енергія, тиск або електричні сигнали тощо. Наприклад, в термопарі електрична різниця потенціалів виникає через різницю температур на її кінцях. Тому термопара є температурним перетворювачем.
Основні характеристики температурних перетворювачів
Вхідними даними для них завжди є теплові величини
Зазвичай вони перетворюють теплову величину на електричну величину
Вони зазвичай використовуються для вимірювання температури і теплового потоку
Основна схема температурних перетворювачів
Основна схема температурних перетворювачів наведена нижче у таких кроках
Чутливий елемент.
Чутливий елемент в температурних перетворювачах — це елемент, чиї властивості змінюються при зміні температури. Коли температура змінюється, відповідно змінюється певна властивість елемента.
Наприклад — в Резистивному Датчику Температури (RTD) чутливим елементом є платина.
Бажані умови для вибору чутливого елемента такі:
Зміна на одиницю опору матеріалу на одиницю зміни температури повинна бути значною
Матеріал повинен мати високу спеціфічну опірность, щоб використовувати мінімальний об'єм матеріалу для його виготовлення
Матеріал повинен мати постійне і стабільне співвідношення з температурою
Перетворювальний елемент
Це елемент, який перетворює вихід чутливого елемента на електричну величину. Зміна властивості чутливого елемента виступає як вихід для нього. Він вимірює зміну властивості чутливого елемента. Вихід перетворювального елемента потім калібрується, щоб давати вихід, який представляє зміну теплової величини.
Наприклад — в термопарі різниця потенціалів, яка виникає між двома кінцями, вимірюється вольтметром, і величина напруги, яка виникає після калібрування, дає уявлення про зміну температури.
Типи температурних перетворювачів
Типи контактних температурних датчиків
У них чутливий елемент знаходиться в прямому контакту з тепловим джерелом. Вони використовують провідність для передачі теплової енергії.
Типи неконтактних температурних датчиків
У неконтактного температурного датчика елемент не знаходиться в прямому контакту з тепловим джерелом (аналогічно неконтактному тестеру напруги). Неконтактні температурні датчики використовують принцип конвекції для теплового потоку. Різні температурні перетворювачі, які зазвичай використовуються, описані нижче:
Термістр
Слово термістр можна трактувати як термічний резистор. Як видно з назви, це пристрій, опір якого змінюється зі зміною температури. Через свою високу чутливість вони широко використовуються для вимірювання температури. Їх часто називають ідеальними температурними перетворювачами. Термістри зазвичай складаються з суміші металевих оксидів.
Властивості термістрів
Вони мають негативний температурний коефіцієнт, тобто опір термістра зменшується зі зростанням температури
Вони виготовлені з півпровідникових матеріалів
Вони більш чутливі, ніж RTD (резистивні термометри) та термопари
Їх опір лежить між 0.5Ω до 0.75 MΩ
Вони зазвичай використовуються в застосуваннях, де діапазон вимірювання температури становить -60°C до 15°C.
Резистивні термометри
Інший тип температурного перетворювача — це Резистивний Датчик Температури (RTD). RTD — це точні температурні датчики, виготовлені з високої чистоти провідних металів, таких як платина, мідь або нікель, намотаних в катушку, чий електричний опір змінюється при зміні температури, подібно до термістра.
Їх опір змінюється за наступним співвідношенням:
R = Опір елемента при заданій температурі
α = Тепловий коефіцієнт елемента
Ro = Опір елемента при 0°C
Основні характеристики RTD
Вони надзвичайно чутливі та дешеві порівняно з термістрами та термопарами
Вони можуть вимірювати температуру від -182.96°C до 630.74°C
Термопари
Термопари — це температурні перетворювачі, які складаються з двох сполук різних металів, таких як мідь і константан, які сварені. Одна сполука зберігається при постійній температурі,
