Jak działają czujniki temperatury?

Podstawowym parametrem mierzonym przez układy elektroniczne  oraz systemy monitorujące i diagnostyczne jest temperatura - główny czynnik, który wpływa na jakość pracy i wydajność urządzeń przemysłowych. Pomiar temperatury jest obecny w małych i prostych układach oraz urządzeniach, jak również w zaawansowanych systemach przemysłowych.

Utrzymywanie odpowiedniej temperatury urządzenia pozwala znacznie wydłużyć jego żywotność przy jednoczesnym zapewnieniu mu ochrony przed awarią lub uszkodzeniem. Przygotowując urządzenie do pracy należy zadbać o odpowiednią temperaturę otoczenia i sprzyjające warunki, jak również dobry system monitorujący wykorzystujący elementy i czujniki najlepszej jakości.

Pozostaje odpowiedzieć na pytanie: jak działają czujniki temperatury? W dużej mierze zależy to od typu czujnika i jego mechanizmu działania. Producenci stosują również własne technologie, aby wyróżnić się spośród konkurencji obecnej na rynku. W artykule skupimy się na najpopularniejszych czujnikach i opiszemy, na czym opierają swoje działanie.

Działanie czujnika w zależności od jego typu

• Czujniki termorezystancyjne
  
  Działanie czujników termorezystancyjnych opiera się o zmianę rezystancji w funkcji temperatury. Wraz ze wzrostem temperatury, rezystancja czujnika może maleć albo rosnąc, najczęściej nieliniowo. Każdy czujnik posiada własną charakterystykę termoelektryczną, którą dopasowuje się odpowiednio do zastosowanego w nim materiału. Na tej podstawie, możemy określić charakter zmian rezystancji zależnie od temperatury.
  
  Każdy termorezystor posiada rezystancję znamionową, czyli wartość rezystancji w temperaturze odniesienia (najczęściej 0 °C) oraz konkretną czułość, wyliczaną przez stosunek rezystancji w temperaturze 100 °C do rezystancji w temperaturze znamionowej.
  
  
• Czujniki termoelektryczne (termopary)
  
  Działanie termopar opiera się o zjawisko Seebeck’a – powstaniu różnicy potencjałów w miejscu styku dwóch różnych metali, która jest proporcjonalna do różnicy ich temperatur. Każda termopara charakteryzuje się odmiennymi właściwościami, które zależą od rodzajów metali w niej użytych. Wyróżnia się konkretne typy termopar, które są przedstawione w normach związanych z czujnikami temperatury.
  
  Każda termopara posiada inną charakterystykę temperaturową, dlatego do ich prawidłowego działania stosuje się specjalne układy kontrolujące, które poprzez wbudowane podzespoły linearyzacyjne, pozwalają na prawidłowy odczyt zmierzonej temperatury. Dodatkowo, układy oparte o termopary są małych rozmiarów, nie muszą być dodatkowo zasilane i są niezawodne.
  
  
• Czujniki półprzewodnikowe (termistory)
  
  Czujniki półprzewodnikowe działają w taki sam sposób, jak czujniki termorezystancyjne. Jedyną różnicą jest znak współczynnika zmian rezystancji, który termistory mogą posiadać. Wyróżniamy termistory NTC (ujemny znak) oraz PTC (dodatni znak). Termistory NTC używa się głównie do kompensacji temperaturowej w urządzeniach oraz ograniczania wartości prądów rozruchu. Termistory PTC można znaleźć np. w systemach sygnalizacyjnych jako zabezpieczenie przed zbyt dużym prądem.
  
  
• Czujniki zintegrowane (scalone)
  
  Zasada działania czujników scalonych polega na zmierzeniu temperatury przez element pomiarowy, a następnie przetworzenie go przez obwody umieszczone w jednej obudowie układu zintegrowanego. Półprzewodnikowe elementy pomiarowe opierają się na wykorzystaniu napięcia złącza baza-emiter. Wraz ze wzrostem temperatury, napięcie odpowiednio maleje. Takie czujniki można spotkać najczęściej w urządzeniach elektronicznych, co pozwala na ochronę ich układów przed nadmiernym grzaniem się, co może prowadzić do nieodwracalnych uszkodzeń.

Podsumowanie

Każdy czujnik temperatury charakteryzuje się specyficznymi dla swojej budowy właściwościami. Zależnie od tych właściwości, różnią się zasadą działania i sposobem przetwarzania sygnałów wejściowych. Dzięki temu, do każdej aplikacji znajdziemy typ czujnika, który najlepiej spełni swoją rolę np. pracując w pomieszczeniu lub na otwartej przestrzeni.

Więcej informacji na temat czujników temperatury znajdziecie Państwo na naszej stronie internetowej: czujniki temperatury dacpol.eu.