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.
- 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.
- 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.
- 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.
