Ємнісні, або сегнетоелектричні термоперетворювачі
Одним із нових і перспективних напрямків в області прецизійного та малоінерційного вимірювання температури є використання термодіелектричних властивостей сегнетоелектриків. В якості датчиків застосовуються ємнісні температурочутливі елементи, які є реактивними опорами коливальних контурів, фізичні основи сегнетоелектричних вимірювачів температури забезпечують більш високі показники ніж в існуючих резистивних та термоелектричних вимірювачів.
Для сегнетоелектриків залежність діелектричної проникності від температури описується законом Кюрі-Вейса:
(11)
де ε – діелектрична проникність;
А – константи для даного сегнетоелектрика;
tK – температура Фазового переходу сегнетоелектрика (температура Кюрі );
t – температура сегнетоелектрика.
Оскільки, залежність ε=f(t) має гіперболічний характер, що дозволяє отримати лінійну залежність провідності на змінному струмі ємнісного сегнетоелектрика. Це у свою чергу забезпечує лінійність шкали.
Сегнетоелектричний чутливий елемент є параметричним датчиком, а його опір має реактивний характер, що дозволяє відчутно зменшити активні втрати в датчику за рахунок саморозігріву і тим самим зменшити вплив датчика на поле вимірюваних температур. Крім цього, реактивний характер опору чутливого елемента дозволяє збільшити вимірювальні струми, які протікають через елемент, що значно збільшує чутливість схем. Чутливість визначається як зміна ємності, виражена у відсотках на 1°С, і може складати 0,5 - 10% на градус.
Сегнетоелектричний датчик температури являє собою термозалежну ємність, що дозволяє використовувати його в пасивних і активних вимірювальних схемах включення з амплітудним, частотним, часовим та фазовим виходами.
Для дослідження температурної регуляції людини під час трудового навантаження в різних умовах, а також для вивчення фізіологічних параметрів шлунково-кишечного тракту, де необхідною умовою є радіотелеметрична реєстрація температури рухливих фізіологічних об’єктів, існує розроблений датчик-генератор на ємнісному елементі. В якості сегнетоелектрика використовувалася система ВаТіО - CaSnO. Похибка вимірювання температури складає 0,1°С.
Зручним температурним перетворювачем із частотним виходом є кварцовий резонатор, який володіє температуро-частотною характеристикою, тобто залежністю власної резонансної частоти кварцового пезоелемента від температури. Кварцовий пезоелемент володіє високою стабільністю параметрів, малими втратами енергії, доброю механічною міцністю. Чутливим елементом кварцового перетворювача є пластина з кварцу, площина якої орієнтована певним чином відносно кристалографічних осей кварцу. Такий елемент включають у схему високочастотного, або релаксаційного генератора, частота якого безпосередньо вимірюється стандартним частотоміром, або порівнюється з частотою опорного генератора. У другому варіанті можна отримати більшу чутливість, оскільки різниця в частоті менша частоти елемента, а більш низьку частоту можна виміряти з більшою достовірністю.
Кращими зарубіжними зразками рахуються кварцові перетворювачі американської Фірми Hewlett-Packard.
Кварцовий датчик цих приладів представляє собою трубку з нержавіючої сталі, в яку щільно вставляється циліндричний мідний корпус, наповнений гелієм, з розміщеним у ньому чутливим пезоелементом. Довжина датчиків коливається від 15 до 230 мм. Роздільна здатність досягає 0,0001°С. Показники кварцових перетворювачів можуть бути доведені до високого рівня. За думкою спеціалістів вони зможуть забезпечити чутливість 0,000001°С, похибку 0,00001°С та стабільність не гірше 0,00001°С за рік.