Температурен преобразувател

Определение: Температурен преобразувател е електрическо устройство, което превръща топлинната енергия в физически величини като разместване, налягане или електричен сигнал. Неговата основна функция е да осигури автоматично измерване на температурата. Фундаменталният принцип, лежащ в основата на температурния преобразувател, е да детектира топлината и след това да преобразува тази информация в четим формат за предаване.

Характеристики на температурния преобразувател

• Входът винаги е топлинна величина.

• Преобразувателите обикновено преобразуват топлинната величина в алтернативна величина.

• Използват се за измерване на температурата и потока на топлина в устройства.

Елемент за дебелине

Елементът за дебелине, използван в температурния преобразувател, трябва да притежава свойството да изменя своята характеристика в отговор на вариации в температурата. Например, в термометъра със съпротивление, платината служи като елемент за дебелине. Основните изисквания към елемента за дебелине са следните:

• Елементът за дебелине преобразува температурата в топлина.

• Трябва да има значително изменение на съпротивлението спрямо температурата.

• Елементът за дебелине трябва да има висока специфична съпротивност.

Видове температурни преобразуватели

Температурните преобразуватели са главно класифицирани в два основни типа:

Устройства с контактни температурни сензори

В този вид преобразувател, елементът за дебелине е директно свързан с източника на топлина. Трансферът на топлина се осъществява чрез явление на проводимост, което е процес, по който топлината се прехвърля от едно вещество в друго без движение на веществата сами по себе си.

Устройства с непосредствени температурни сензори

Тук, елементът за дебелине не влизат в директен контакт с източника на топлина. Вместо това, те разчитат на явление на конвекция за трансфер на топлина. Конвекцията е процес, при който топлината се прехвърля чрез движение на веществото.

Термометрите със съпротивление са класифицирани в два основни типа:

• Съпротивления термометър с отрицателен температурен коефициент (NTC): Тези се използват главно за дебелине на температурата. Както подсказва името, съпротивлението на NTC термистора намалява, когато температурата се повишава. Тази характеристика ги прави много ефективни за точното засичане на промени в температурата.

• Съпротивления термометър с положителен температурен коефициент (PTC): PTC термометрите се използват главно за контрол на тока. Когато температурата се увеличава, съпротивлението на PTC термистора също се увеличава. Това свойство позволява на тях да регулират потока на електрическия ток в различни приложения.

• Работен принцип на съпротивления термометър: Металите показват свойство, при което техните съпротивления се изменят с температурата. Съпротивления термометри използват този принцип за измерване на температурата. Платината често се използва като елемент за дебелине в съпротивления термометър с висока прецизност. Благодарение на стабилната и предвидима връзка между съпротивлението и температурата на платината, тези термометри могат точно да измерват околната температура. Чрез измерване на съпротивлението на платиновия елемент, може да бъде точно определена съответната температура, което прави съпротивления термометър надежден избор за широк диапазон от приложения за наблюдение на температурата.

Термопарни: Термопарата е устройство, което преобразува температурата в електрическа енергия в точката на контакт. Работи на принципа, че различните метали притежават различни температурни коефициенти. Когато две различни метала са свързани, за да образуват юнкция, се появява явление, известно като ефект на Зеебе. Когато температурата в юнкцията се променя, се индуцира напрежение в юнкцията. Значително, това индуцирано напрежение е пряко пропорционално на разликата в температурата между юнкцията и референтна точка. Линейната връзка между генерираното напрежение и температурата позволява на термопарите да бъдат много ефективни за точното измерване на температурата. Те се използват широко в различни индустриални, научни и домашни приложения, където е необходимо точно наблюдение и контрол на температурата, като в пещи, фурни и системи за контрол на индустриални процеси.

Интегриран циркуитен температурен преобразувател: Интегрираният циркуитен (IC) температурен преобразувател използва комбинация от елемент за дебелине на температурата и електронен циркуит за измерване на температурата. Този вид преобразувател е характеризиран с линейен отговор, което улеснява процеса на преобразуване на измерената температура в електрически изход, който може лесно да бъде интерпретиран. Въпреки това, един от забележителните недостатъци на интегрирания температурен преобразувател е относително малкият операционен диапазон. Обикновено работи в температурен диапазон от 0°C до 200°C. Този ограничен диапазон ограничава неговата приложимост в определени високотемпературни или нискотемпературни среди, където е необходим по-широк температурен обхват.

Въпреки този недостатък, IC температурните преобразуватели се използват широко в много приложения, като потребителската електроника, където техният компактен размер, линейност и относително прост интерфейс ги правят предпочитан избор за наблюдение на температурата в зададения температурен диапазон. Непосредствените типове преобразуватели могат да бъдат допълнително подкатегоризирани, като един пример е термистор. Термисторът е вид резистор, чийто резистор се променя с температурата. Неговото съпротивление се измерва чрез преминаване на малък, измерен постоянен ток, който на свой ред причинява падане на напрежението в съпротивлението.