Sonda temperatury – budowa i zasada działania

Pomiar temperatury to jedna z bardziej podstawowych i szeroko stosowanych funkcji obwodów elektronicznych. Urządzenie mierzące do pomiaru stosowane są w praktycznie każdym, współczesnym urządzeniu elektronicznym, gdzie są częścią systemu odpowiedzialnego za bezpieczną pracę urządzenia. Znajdują też szerokie zastosowanie w procesów przemysłowych wielu gałęzi przemysłu – od przemysłu spożywczego, do rafinerii naftowych – w których istotna jest nieustanna kontrola temperatury procesu.

Zasadnicze rodzaje urządzeń pomiarowych i ich elementy składowe

Elementy składowe urządzenia służącego do pomiaru temperatury to:

1. Element pomiarowy – czyli najistotniejszy element czujnika. Wykorzystuje różnego rodzaju procesy fizyczne, chemiczne i właściwości materiałów, które zachodzą w różnych temperaturach, czy podczas zmiany temperatury.

2. Obwody przetwarzające sygnał – są to obwody elektroniczne, które przetwarzają i interpretują prosty sygnał z elementu pomiarowego w możliwą do odczytania informację o mierzonej urządzeniem temperaturze.

3. Elementy zasilające – dostarczające energii elektrycznej niezbędnej do pracy urządzenia.

4. Obudowa łącząca poszczególne elementy w całość.

Główne rodzaje urządzeń przeznaczonych do pomiaru temperatury, to urządzenia zintegrowane i urządzenia zdalne. W przypadku tych pierwszych – urządzeń zintegrowanych, wszystkie elementy umiejscowione są w jednej obudowie, co zmniejsza wielkość urządzenia, ale sprawia też, że zakres mierzonych temperatur, ograniczony jest do zakresu temperatur w jakich działają obwody elektroniczne. Wynosi on od mniej-więcej minus pięćdziesięciu stopni, do około stu pięćdziesięciu stopni Celsjusza.

W urządzeniach zdalnych, jakim może być na przykład sonda temperatury, element pomiarowy znajduje się w osobnej, połączonej odpowiednim przewodem obudowie. Takie rozwiązanie pozwala na pomiar temperatur, które znacznie wykraczają poza temperatury działania obwodów elektronicznych i stosowane jest między innymi w przemyśle i motoryzacji.

Zasada działania sondy temperatury

Zasadnicza budowa sondy jest zawsze podobna, ale zasada działania może być bardzo różna. Zależy od elementu pomiarowego, który został użyty w jej konstrukcji. Jest kilka, najpopularniejszych rodzajów mierników temperatury, które używane są w urządzeniach takich jak sondy temperatury.

  1. Ogniwo termoelektryczne, czyli tak zwana termopara, to urządzenie wykorzystujące zjawisko Seebecka. Polega ono na tym, że gdy złącza dwóch metali, albo półprzewodników znajdują się w różnych temperaturach, powstaje pomiędzy nimi siła elektromotoryczna. Termopara składa się więc z dwóch, połączonych ze sobą przewodów, z których jeden utrzymywany jest w stałej temperaturze, a drugi umieszczany jest w miejscu pomiaru. Tego typu miernik, pozwala na bardzo precyzyjne określenie temperatury, jednak jego zastosowanie jest ograniczone, ze względu na małą trwałość.
  2. RTD – czujniki rezystencyjne przewodnikowe wykorzystują zjawisko zmiany rezystencji niektórych metali, pod wpływem zmian temperatury. Rezystencja następnie jest mierzona i przetwarzana na informację o temperaturze. Przewodnikiem, który najczęściej wykorzystywany jest w tego rodzaju czujnikach, jest platyna, która może być – w formie platynowego drutu – nawinięta na rdzeń ceramiczny, albo może być napylona na płytkę ceramiczną, jak to ma miejsce w rezystorach cienkowarstwowych.W tego typu czujnikach, oprócz platyny wykorzystywany są również nikiel.
  3. Termistory, czyli czujniki rezystencyjne półprzewodnikowe, działają na podobnej zasadzie jak wyżej opisane czujniki RTD, ale wykorzystują jako element rezystencyjny półprzewodniki, takie jak na przykład tlenki metali i charakteryzują się dużą czułością pomiaru. Istnieją trzy rodzaje termistorów:
  • Termistory NTC – wzrost temperatury powoduje w nich spadek rezystencji.
  • Termistory PTC, nazywane też pozystorami, w których wzrost temperatury powoduje wzrost rezystencji.
  • Polimerowe i ceramiczne termistory CTR, w których wzrost, lub spadek rezystencji następuje skokowo, przy określonych wartościach temperatury.

Dodaj komentarz