Lämpötilamuunnin

Määritelmä: Lämpötilamuunnin on sähkölaite, joka muuntaa lämpöenergian fysikaalisiin suureihin, kuten siirtymään, paineeseen tai sähköiseen signaaliin. Sen pääasiallinen tehtävä on mahdollistaa lämpötilan automaattinen mittaaminen. Lämpötilamuuinnin perusperiaate on havaita lämpö ja muuntaa tämä tieto luettavaksi muodoksi välittämistä varten.

Lämpötilamuunnin ominaisuudet

• Syöte on aina lämpösuure.

• Muunnimet muuntavat yleensä lämpösuuren vaihtelevaksi suureksi.

• Ne käytetään laitteiden sisällä olevan lämpötilan ja lämpövirtauksen mittaamiseen.

Havaintoelementti

Lämpötilamuunnissa käytettävän havaintoelementin on oltava sellainen, jonka ominaisuudet muuttuvat lämpötilan vaihtelun mukaisesti. Esimerkiksi vastustuslämpömittarissa platinametaali toimii havaintoelementtinä. Havaintoelementille asetetaan seuraavat keskeiset vaatimukset:

• Lämpötilahavaintoelementti muuttaa lämpötilan lämpöksi.

• Vastus pitää muuttua merkittävästi lämpötilan suhteen.

• Havaintoelementin on oltava korkea ohut.

Lämpötilamuuinnin tyypit

Lämpötilamuunnit voidaan pääasiassa jakaa kahteen laajalle tyyppeihin:

Yhteyshavainnoinnin lämpötilamittari

Tässä tyypissä havaintoelementti on suoraan yhdistetty lämpölähdeeseen. Lämpösiirto tapahtuu johtumisen ilmiön kautta, joka on prosessi, jossa lämpö siirtyy yhdestä aineesta toiseen ilman aineiden liikkumista.

Ei-yhteyshavainnoinnin lämpötilamittari

Tässä tyypissä havaintoelementti ei ole suorassa yhteydessä lämpölähdeeseen. Sen sijaan ne perustuvat konvektion ilmiöön lämpösiirron kannalta. Konvektio on prosessi, jossa lämpö siirtyy aineen liikkumisen avulla.

Vastuslämpömittarit voidaan jakaa kahteen päätyyppiin:

• Negatiivinen lämpötilakerroin (NTC) -vastuslämpömittarit: Nämä käytetään pääasiassa lämpötilanhavainnoihin. Kuten nimi viittaa, NTC-thermistorin vastus pienenee, kun lämpötila nousee. Tämä ominaisuus tekee niistä erittäin tehokkaita lämpötilan muutosten tarkkaan havainnointiin.

• Positiivinen lämpötilakerroin (PTC) -vastuslämpömittarit: PTC-lämpömittarit käytetään pääasiassa sähkövirran säätelyyn. Kun lämpötila nousee, PTC-thermistorin vastus myös nousee. Tämä ominaisuus mahdollistaa niiden sähkövirran säätelyn erilaisissa sovelluksissa.

• Vastuslämpömittarien toimintaperiaate: Metallit näyttävät ominaisuuden, jossa niiden vastus vaihtelee lämpötilan mukaan. Vastuslämpömittarit hyödyntävät tätä periaatetta lämpötilan mittaamiseen. Platinan käytetään yleisesti tarkkuuslämpömittareissa havaintoelementtinä. Platinan vakaa ja ennustettava vastus-lämpötilasuhteessa nämä lämpömittarit voivat mitata ympäristön lämpötilan tarkasti. Platinaelementin vastuksen mittaamalla voidaan tarkasti määrittää vastaava lämpötila, mikä tekee vastuslämpömittareista luotettavan valinnan monipuolisiin lämpötilavalvonta-applikaatioihin.

Termoparit: Termopari on laite, joka muuttaa lämpötilan sähköenergiaksi yhteyden kohdalla. Se toimii periaatteella, että eri metallit omistavat erilaisia lämpökerroinsuhdetta. Kun kaksi erilaista metallia yhdistetään muodostamaan yhteys, tapahtuu ilmiö, jota kutsutaan Seebeckin vaikutukseksi. Kun yhteyden lämpötila muuttuu, yhteyden kautta aiheutuu jännite. Merkittävästi tämä aiheutettu jännite on suoraan verrannollinen yhteyden ja viitetason lämpötilaeroon. Tämä lineaarinen suhde tuottaman jännitteen ja lämpötilan välillä mahdollistaa termopareille tarkan lämpötilan mittaamisen. Ne ovat laajasti käytössä erilaisissa teollisuus-, tieteellisissä ja kotitaloussovelluksissa, joissa tarkka lämpötilanvalvonta ja -säädö on olennaista, kuten uunissa, leivinpaneissa ja teollisissa prosessivalvontajärjestelmissä.

Integroitu piiri lämpötilamuunnin: Integroitu piiri (IC) lämpötilamuunnin käyttää yhdistelmää lämpötilahavaintoelementistä ja sähköisestä piiristä lämpötilan mittaamiseen. Tämä tyypin muunnin tunnetaan sen lineaarisesta vastauksesta, joka yksinkertaistaa prosessin, jossa havaittu lämpötila muutetaan sähköiseksi ulostuloksi, joka voidaan helposti tulkita. Yksi huomattavimmista hankaluudesta integroidussa lämpötilamuunnissa on sen suhteellisen kapea toiminta-alue. Se toimii yleensä lämpötilavälillä 0°C–200°C. Tämä rajoittunut alue rajoittaa sen soveltuvuutta tietyissä korkean tai alhaisen lämpötilan ympäristöissä, joissa tarvitaan laajempaa lämpötilakattavuutta.

Huolimatta tästä puutteesta IC lämpötilamuunnit ovat laajasti käytössä monissa sovelluksissa, kuten kuluttajaelektroniikassa, jossa niiden kompakti koko, lineaarisuus ja suhteellisen yksinkertainen rajapinta tekevät niistä suosittuja valintoja lämpötilanvalvonnassa määritellyllä lämpötilavälillä. Ei-yhteyshavainnoinnin muunnimet voidaan edelleen alaluokittaa, yksi esimerkki on thermistor. Thermistor on vastuksen tyyppi, jonka vastus muuttuu lämpötilan mukaan. Sen vastus mitataan ohjaten sitä pienellä, mitatuilla suoria sähkövirralla, joka aiheuttaa jännitesade vastuksen kautta.