Trasformatore di Temperatura

Definizione: Un trasduttore di temperatura è un dispositivo elettrico che converte l'energia termica in grandezze fisiche come spostamento, pressione o un segnale elettrico. La sua funzione principale è consentire la misurazione automatica della temperatura. Il principio fondamentale sottostante al trasduttore di temperatura è rilevare il calore e poi convertire queste informazioni in un formato leggibile per la trasmissione.

Caratteristiche del Trasduttore di Temperatura

• L'ingresso è invariabilmente una quantità termica.

• I trasduttori tipicamente convertono la quantità termica in una quantità alternata.

• Vengono utilizzati per misurare la temperatura e il flusso di calore all'interno dei dispositivi.

Elemento Sensore

L'elemento sensore utilizzato in un trasduttore di temperatura deve possedere la proprietà di avere le sue caratteristiche cambiate in risposta alle variazioni di temperatura. Ad esempio, in un termometro a resistenza, il platino serve da elemento sensore. I requisiti chiave per l'elemento sensore sono i seguenti:

• L'elemento sensore di temperatura converte la temperatura in calore.

• Dovrebbe esserci un cambiamento significativo nella resistenza in relazione alla temperatura.

• L'elemento sensore deve avere una resistività elevata.

Tipi di Trasduttori di Temperatura

I trasduttori di temperatura sono principalmente classificati in due ampie categorie:

Dispositivi Sensori di Temperatura a Contatto

In questo tipo di trasduttore, l'elemento sensore è direttamente connesso alla sorgente di calore. Il trasferimento di calore avviene attraverso il fenomeno della conduzione, che è il processo attraverso il quale il calore viene trasferito da una sostanza all'altra senza il movimento delle sostanze stesse.

Dispositivi Sensori di Temperatura a Non Contatto

In questo caso, l'elemento sensore non entra in contatto diretto con la sorgente di calore. Invece, si affidano al fenomeno della convezione per il trasferimento di calore. La convezione è il processo attraverso il quale il calore viene trasferito dal movimento della sostanza.

I termometri a resistenza sono classificati in due tipi principali:

• Termometri a Resistenza a Coefficiente Negativo (NTC): Questi sono principalmente utilizzati per il rilevamento della temperatura. Come suggerisce il nome, la resistenza di un NTC diminuisce man mano che la temperatura aumenta. Questa caratteristica li rende altamente efficaci nel rilevare con precisione le variazioni di temperatura.

• Termometri a Resistenza a Coefficiente Positivo (PTC): I termometri PTC vengono principalmente utilizzati per il controllo della corrente. Quando la temperatura aumenta, la resistenza di un PTC aumenta. Questa proprietà permette loro di regolare il flusso di corrente elettrica in varie applicazioni.

• Principio di Funzionamento dei Termometri a Resistenza: I metalli presentano la proprietà di avere la loro resistenza variabile con la temperatura. I termometri a resistenza sfruttano questo principio per la misurazione della temperatura. Il platino è comunemente utilizzato come elemento sensore nei termometri a resistenza ad alta precisione. Grazie alla stabilità e alla prevedibilità della relazione resistenza-temperatura del platino, questi termometri possono misurare con precisione la temperatura circostante. Misurando la resistenza dell'elemento di platino, la temperatura corrispondente può essere determinata con precisione, rendendo i termometri a resistenza una scelta affidabile per una vasta gamma di applicazioni di monitoraggio della temperatura.

Termodoppie: Una termodoppia è un dispositivo che converte la temperatura in energia elettrica al punto di contatto. Opera in base al principio che diversi metalli possiedono coefficienti termici distinti. Quando due metalli dissimili sono uniti per formare una giunzione, si verifica un fenomeno noto come effetto Seebeck. Man mano che la temperatura alla giunzione cambia, si induce una tensione attraverso la giunzione. Significativamente, questa tensione indotta è direttamente proporzionale alla differenza di temperatura tra la giunzione e un punto di riferimento. Questa relazione lineare tra la tensione generata e la temperatura consente alle termodoppie di essere altamente efficaci nella misurazione precisa della temperatura. Sono ampiamente utilizzate in varie applicazioni industriali, scientifiche e domestiche, dove il monitoraggio e il controllo precisi della temperatura sono cruciali, come in fornaci, forni e sistemi di controllo di processi industriali.

Trasduttore di Temperatura Integrato su Circuito: Un trasduttore di temperatura integrato su circuito (IC) utilizza una combinazione di un elemento sensore di temperatura e un circuito elettronico per misurare la temperatura. Questo tipo di trasduttore è caratterizzato dalla sua risposta lineare, che semplifica il processo di conversione della temperatura rilevata in un segnale elettrico facilmente interpretabile. Tuttavia, uno dei principali svantaggi del trasduttore di temperatura integrato è il suo intervallo operativo relativamente ristretto. Solitamente funziona entro un intervallo di temperatura compreso tra 0°C e 200°C. Questo intervallo limitato ne restringe l'applicabilità in certi ambienti ad alta o bassa temperatura dove è richiesta una copertura termica più ampia.Nonostante questo difetto, i trasduttori di temperatura IC sono ampiamente utilizzati in numerose applicazioni come l'elettronica di consumo, dove la loro dimensione compatta, la linearità e l'interfacciamento relativamente semplice li rendono una scelta preferita per il monitoraggio della temperatura entro l'intervallo di temperatura specificato. I trasduttori a non contatto possono essere ulteriormente suddivisi, con un esempio che è il termistor. Un termistor è un tipo di resistenza la cui resistenza cambia con la temperatura. La sua resistenza viene misurata passando una piccola corrente continua misurata, che a sua volta causa una caduta di tensione attraverso la resistenza.