Temperatursensilo

Temperatursensilo aŭ temperatursentilo estas mezurilo, per kiu oni mezuras temperaturojn.

Difinoj kaj komprenaĵoj

La temperaturo T ( Θ) kun kiel unuo la Kelvino K estas tiel, kiel la longo kaj la maso unu el la bazgrandoj de materio. La Kelvino estas la termodinamika temperaturo egale al 1/273.16 parto de termodinamika temperaturo de la triobla punkto de akvo. Praktike estas uzata la temperaturo T_C en gradoj Celsiuso [ °C]. Kelkfoje la temperaturo notita T_F estas donata en Farenhejto; la rilato inter la du temperaturaj estas:

T_C = 5/9 (T_F - 32)

Ĉefe ekzistas du grupoj de iloj por la mezurado de temperaturo: kontaktiloj kaj nekontaktiloj.

En la grupo de kontaktiloj troviĝis:

Termoparo

Se du konduktantoj a kaj b estas ligitaj unuflanke kaj ekzistas temperaturdiferenco ΔT inter la unua fino (la varma velda junto) kaj la dua malvarma fino, malfermcirkvita tensio ΔV estiĝas inter la malfermaj finoj de konduktantoj, ĉi tiu estas la termoparo.

Ĉi tiu efekto estas matematika esprimita kiel:

ΔV = α_sΔT

Kie α_s estas la Seebecka koeficiento en V/K (aŭ multe uzata pV/K). La Seebecka efiko estas la sumo de la Peltiera efiko kaj la Thomsona efiko, la lasta estas tamen tre malpli granda ol la unua:

E = C₁(T₁ - T₂) (Peltiera efiko) + C₂(T₁² - T₂²) (Thomsona efiko)

Subestaranta tabelo donas diversajn absolutajn Seebeckajn koeficientojn.

Metaloj	αs[μV/K] ĉe 273 K	αs[μV/K] ĉe 300 K	Termoparoj	αs[μV/K] ĉe 273 K	αs[μV/K] ĉe 300 K
Pb	-0.995	-1.047	Tipo J	50.000	51.000
Cu	1.700	1.830	(Fe / Cu-Ni)
Ag	1.380	1.510	Tipo K	39.000	41.000
Au	1.790	1.940	(Ni-Cr / Ni-Al)
Pt	-4.450	-5.5280	Tipo R	5.000	6.000
Pd	0.900	-9.990	(Pt - 13 % Rh /Pt)
W	0.130	1.070	Tipo S	5.000	7.000
Mo	4.710	5.570	(Pt - 10 % Rh /Pt)
Cr	18.800	17.300	Tipo T	39.000	41.000
V	0.130	1.000	(Cu / Cu-Ni)
Rh	0.480	0.400
Ni	-18.000	-
Al	-	-1.700

Rezista Temperatura Detektilo (RTD)

Ĝi uzas la fizikan principon de la temperatura koeficiento de elektra rezistanco de metaloj. La rezisttemperatura mezurado estas bazita sur la rilato inter la rezistvaloro kaj la temperaturo de mezurrezistilo:

R(T) = R₀(1 + αT + βT² + ....)

Kie T estas la temperaturo en gradoj Celsiuso [ °C] aŭ K, R₀ la rezistanco ĉe 0 °C, R(T) la rezistanco ĉe T °C kaj α, β,.... la temperaturkoeficientoj dependita de materialo.

Estas distingitaj metalrezistiloj, kiuj havas relativan malgrandan pozitivan temperaturkoeficienton α (PTK, pozitiv-temperatur-koeficienta) kaj duonkonduktantrezistoroj, inter kiuj NTK- kaj PTK-rezistoroj. La subestaranta tabelo donas kelkajn karakterizojn de (uzata) metalrezistiloj. En angla literaturo oni ofte uzas la terminon "Resistance Temperature Detector" aŭ mallonge RTD.

Materialo	Temp.aro °C	Temp.koef. αΩ/ °C
Plateno	-200 ĝis 850	0.39
Nikelo	-80 ĝis 320	0.67
Kupro	-200 ĝis 260	0.38

Plateno povas esti uzata trans vastgama temperaturaro ( -200 ĝis 850 °C) La Pt100 estas temperatursensilo el plateno kies rezistanco estas 100 Ω ĉe 0 °C. la ilo bezonas elektran fluon por produkti tension trans la sensilo kiun oni povas mezuri.

Duonkonduktantaj temperatursensiloj

La duonkonduktanto produktas ŝanĝon de rezistanco kiu estas dependita de temperaturŝanĝo. Sinsekve estas priskribita:

• La Si-rezistoro
• Termistoro
• Juntrezistoro
• Temperatursentivaj kurentfontoj

Duonkonduktantaj temperatursensiloj havas daŭran- kaj altan stabilecon, ili estas malkostaj kaj havas malgrandan dimension.

Si-rezistoro
La Si-rezistoro havas pozitivan temperaturkoeficienton α = 0.7 % / °C. Ĝi estas lineara de −65 °C ĝis 200 °C. La nominalaj rezistancvaloroj estas de 10 Ω ĝis 10 kΩ kun toleremo de 1 % ĝis 20 %. La rezistoroj aspektas kiel 1/4 W rezistoroj. Kiel mezurelemento ili estas prefere ŝaltata en pontocirkvito (e.g. Wheatstone-ponto).

Termistoro

PTK termistoro

Por termistoroj oni uzas ne Si aŭ Ge sed materialoj kiel NiO, Mn₂O₃ kaj C₂O₃. Estas distingita PTK-(pozitiv-temperatur-koeficienta-) kaj NTK-(negativ-temperatur-koeficienta-) termistoroj:

La PTK-termistoroj havas ofte tre fortan leviĝon de rezistanco ĉe malgranda temperaturaro. Oni havas en tiu temperaturaro tre grandan pozitivan temperaturkoeficienton kiel doninta en la figuro. Ekstere la temperaturaro la temperaturkoeficiento estas negativa aŭ nulo.

NTK termistoro

La NTK-termistoroj kontraŭe havas tre grandan negativan temperaturkoeficienton. La relativa ŝanĝo de temperaturo po °C esta pli granda ol la Pt100 sed malgranda kiel la PTK. La rezistancregreso kiel funkcio de temperaturo estas mallineara:

R = R₀e^{β(1/T - 1/T₀)}

Kie β estas konstanto dependita de materialo (ĉirkaŭ 4000) kaj T ( kaj T₀) estas la absoluta temperaturo en K. La subestaranta figuro donas la NTK-karakterizon.

Juntduonkonduktantoj
Ĉe diodo la kurento estas:

I = I_r[ e^{qV/kT - 1]}

Kie:
k = la konstanto de Boltzmann
q = la elektronŝarĝo
T = la temperaturo en K
I_r = la inversa saturitkurento
I = la kurento tra la diodo
V = la tensio trans la diodo

La juntpotencialo de diodoj kaj transistoroj ŝanĝas trans granda temperaturaro. Ĉi tiu ŝanĝo de juntpotencialo (=dV/dT) estas

• por Si = -2 mV/ °C
• por Ge = -2.5 mV/ °C
• por Schottkydiodoj = -1.5 mV/ °C

Kiel ekzemplo la subestaranta figuro donas la karakterizojn de TO-92 transistora temperatursensilo.

Temperatursentivaj kurentfontoj
Ekzistas ankaŭ temperatursensitaj kurentfontoj. Ofte ili estas relative kompleksaj mikrocirkvitoj (el ICj) ĉe kie kurento fluas, kiu estas lineara kun la temperaturo. La kurentofonto estas en la grandordo je μA / Kelvin.

Dumetalaj termometroj

Ĝi uzas la fakton ke diversaj metaloj havas diversajn koeficientojn de ekspansiado. Ligado de du metaloj donas metodon por ekzemple ŝalti elektrikan kontakton.

Likvaĵo en vitro de termometroj

Vitra cilindro unuflanke kun rezervujo estas parte plenigita kun fluido. Kiam la temperaturo ŝanĝas la fluido ekspansias. La longo de fluido en la cilindro estas mezuro por la temperaturo.

En la grupo de malkontaktiloj troviĝis:

Radiadaj termometroj

Ĉiu objekto kun temperaturo pli alta ol la absoluta nulpunkto (−273 °C) termoradias transruĝan energion. Transruĝaj energimezuriloj mezuras la kvanton de radiita transruĝa energio kiel mezuron de la temperaturo. La transruĝa energimezurilo registras, helpe de lenso, la temperaturdiferencon inter la objekto kaj la mezurilo. Ĉi tio okazas per mezuri la termoelektran tension, kaŭzinta per la mezurota objekto.