Takie urządzenia są obecnie obecne w ogromnej większości technologii. Różne typy czujników temperatury są zaprojektowane do pomiaru tego wskaźnika dla dowolnego obiektu lub substancji. Do obliczenia wartości wykorzystuje się różne cechy ciał docelowych lub środowiska, w którym się znajdują.
Klasyfikacja zgodnie z zasadą działania
Wszystkie czujniki termiczne są podzielone na sześć głównych typów zgodnie z zasadą ich działania:
- pirometryczny;
- piezoelektryczne;
- termo-rezystancyjne;
- akustyka;
- termoelektryczny;
- półprzewodnik.
Ogólna zasada działania i schemat czujników temperatury w każdym przypadku będzie nieco inny. Jednak wszystkie warianty wykonania mogą odróżnić niektóre z tych samych cech. Ponadto w danej sytuacji celowe jest zastosowanie właśnie określonych typów czujników termicznych.
Pirometry lub kamery termowizyjne
W przeciwnym razie można je nazwać zbliżeniowymi. Schemat pracytego typu czujnik temperatury polega na tym, że odczytują one ciepło z nagrzanych ciał, na które są skierowane. Pozytywną stroną tej odmiany jest to, że nie ma potrzeby bezpośredniego kontaktu i podejścia do środowiska pomiarowego. W ten sposób eksperci mogą łatwo określić wskaźniki temperatury bardzo gorących obiektów poza promieniem niebezpiecznej bliskości do nich.
Pirometry z kolei dzielą się na kilka odmian, wśród których są interferometryczne i fluorescencyjne, a także czujniki działające na zasadzie zmiany koloru roztworu w zależności od tego, jaka temperatura została zmierzona.
Czujniki piezoelektryczne
W tym przypadku podstawowy schemat pracy jest tylko jeden. Takie urządzenia działają dzięki kwarcowemu piezorezonatorowi. Zasada działania i obwód czujnika temperatury są następujące. Efekt piezo, który polega na zmianie rozmiaru zastosowanego elementu piezoelektrycznego, jest poddawany działaniu określonego prądu elektrycznego.
Istota pracy jest dość prosta. W wyniku naprzemiennego zasilania prądem elektrycznym o różnych fazach, ale tej samej częstotliwości, powstają oscylacje generatora piezoelektrycznego, których częstotliwość zależy w tym przypadku od konkretnej mierzonej temperatury ciała lub otoczenia. W efekcie otrzymane informacje są interpretowane na określone wartości w stopniach Celsjusza lub Fahrenheita. Ten typ ma jedną z najwyższych dokładności pomiaru. Dodatkowo wersja piezoelektryczna znajduje zastosowanie w sytuacjach, gdy wymagana jest trwałość urządzenia np.w czujnikach temperatury wody.
Termoelektryczne lub termopary
Dość powszechny sposób mierzenia. Podstawową zasadą działania jest występowanie prądu elektrycznego w obwodach zamkniętych przewodników lub półprzewodników. W takim przypadku punkty lutowania muszą koniecznie różnić się wskaźnikami temperatury. Jeden koniec jest umieszczony w środowisku, w którym trzeba mierzyć, a drugi służy do wykonywania odczytów. Dlatego ta opcja jest uważana za zdalny czujnik temperatury.
Oczywiście były pewne wady. Najistotniejsze z nich można nazwać bardzo dużym błędem pomiaru. Z tego powodu metoda ta jest rzadko stosowana w wielu branżach technologicznych, gdzie takie rozpiętość wartości jest po prostu niedopuszczalne. Przykładem jest czujnik do pomiaru temperatury ciał stałych „TSP Metran-246”. Jest aktywnie wykorzystywany przez firmy metalurgiczne w produkcji do kontroli tego parametru w łożyskach. Urządzenie wyposażone jest w analogowy sygnał wyjściowy do odczytu, a zakres pomiarowy wynosi od -50 do +120 stopni Celsjusza.
Czujniki termistorowe
Zasadę działania można już ocenić po nazwie tego typu. Działanie takiego czujnika temperatury zgodnie ze schematem można opisać w następujący sposób: mierzona jest rezystancja przewodu. Solidna konstrukcja połączona z bardzo wysoką precyzjąotrzymane informacje. Ponadto urządzenia te charakteryzują się dość dużą czułością, co pozwala na zmniejszenie skoku wartości pomiarowych, a prostota elementów odczytowych sprawia, że są łatwe w obsłudze.
Na przykład możemy wspomnieć o czujniku 700-101BAA-B00, który ma początkową rezystancję 100 omów. Jego zakres pomiarowy wynosi od -70 do 500 stopni Celsjusza. Konstrukcja składa się ze styków niklowych i platynowych płytek. Ten typ jest najczęściej stosowany w urządzeniach przemysłowych i szerokiej gamie elektroniki.
Czujniki akustyczne
Niezwykle proste urządzenia mierzące prędkość dźwięku w różnych środowiskach. Wiadomo, że ten parametr w dużej mierze zależy od temperatury. W takim przypadku należy również wziąć pod uwagę inne parametry mierzonego medium. Jednym z przypadków użycia jest pomiar temperatury wody. Czujnik dostarcza dane, na podstawie których można dokonać obliczeń, do których trzeba również znać wstępne informacje o mierzonym medium.
Zaletą tej metody jest możliwość stosowania jej w zamkniętych pojemnikach. Zwykle stosowany tam, gdzie nie ma bezpośredniego dostępu do mierzonego medium. Głównymi obszarami konsumenckimi tej metody, z całkiem naturalnych powodów, są medycyna i przemysł.
Czujniki półprzewodnikowe
Zasadą działania takich urządzeń jest zmiana charakterystyk p-n i ichprzejście pod wpływem temperatury. Dokładność pomiaru jest bardzo wysoka. Zapewnia to stała zależność napięcia na tranzystorze od aktualnej temperatury. Ponadto urządzenie jest dość tanie i łatwe w produkcji.
Dla przykładu takiego czujnika temperatury urządzenie LM75A może służyć doskonale. Zakres pomiarowy wynosi od -55 do +150 stopni Celsjusza, a błąd nie przekracza dwóch stopni. Ma też dość mały krok rzędu 0,125 stopnia Celsjusza. Napięcie zasilania waha się od 2,5 do 5,5 V, a czas przetwarzania sygnału nie przekracza jednej dziesiątej sekundy.
