Lämpötila-anturit. Toinen osa termistorit

Artikkelin ensimmäisestä osasta puhuttiin lyhyesti eri lämpötila-asteikkojen historia ja niiden keksijät Fahrenheit, Reaumur, Celsius ja Kelvin. Nyt on syytä tutustua lämpötila-antureihin, niiden toimintaperiaatteisiin, laitteisiin tietojen vastaanottamiseksi näiltä antureilta.

Lämpötilan mittauksen osuus teknisissä mittauksissa

Nykyaikaisessa teollisuustuotannossa mitataan monia erilaisia ​​fyysisiä määriä. Näistä massan ja tilavuuden virtausnopeus on 15%, nesteiden taso on 5%, aika on enintään 4%, paine on noin 10% ja niin edelleen. Lämpötilan mittaus on kuitenkin lähes 50% teknisten mittausten kokonaismäärästä.

Tällainen korkea prosenttiosuus saavutetaan mittauspisteiden lukumäärällä. Joten ydinvoimalaitoksen keskikokoisena lämpötila voidaan mitata noin 1 500 pisteestä, ja suuressa kemiallisessa laitoksessa tämä luku saavuttaa parikymmentä tai enemmän.

Tällainen määrä ei osoita paitsi laajaa valikoimaa mittauslaitteita ja sen seurauksena joukko ensiömuuntimia ja lämpötila-antureita, mutta myös jatkuvasti kasvavia vaatimuksia lämpötilan mittauslaitteiden tarkkuudelle, nopeudelle, melun kestävyydelle ja luotettavuudelle.

Lämpötila-anturien päätyypit, toimintaperiaate

Lähes kaikki nykyaikaisessa tuotannossa käytetyt lämpötila-anturit käyttävät periaatetta muuntaa mitattu lämpötila sähköisiksi signaaleiksi. Tällainen muuntaminen perustuu siihen tosiseikkaan, että on mahdollista lähettää sähköinen signaali suurella nopeudella pitkiä matkoja, kun taas kaikki fyysiset suureet voidaan muuntaa sähköisiksi signaaleiksi. Muunnetut digitaaliseksi koodiksi, nämä signaalit voidaan siirtää erittäin tarkasti, ja ne voidaan myös syöttää käsiteltäväksi tietokoneeksi.

Kestävät termoelementit

Heitä kutsutaan myös termistorit. Niiden toimintaperiaate perustuu siihen, että kaikilla johtimilla ja puolijohteilla on Lämpökestävyyskerroin lyhennetty TCS. Tämä on suunnilleen sama kuin kaikkien tiedossa oleva lämpölaajenemiskerroin: Kuumennettaessa rungot laajenevat.

On huomattava, että kaikilla metalleilla on positiivinen TCS. Toisin sanoen johtimen sähkövastus kasvaa lämpötilan noustessa. Täällä voidaan muistaa tosiasia, että hehkulamput palavat useimmiten käynnistyksen yhteydessä, kun kela on kylmä ja sen vastus pieni. Siksi lisääntynyt virta, kun virta kytketään. Puolijohteilla on negatiivinen TCS, lämpötilan noustessa niiden vastus laskee, mutta tästä keskustellaan hiukan korkeammalla.

Metallitermistorit

Vaikuttaa siltä, ​​että on mahdollista käyttää mitä tahansa johdinta termistorien materiaalina, mutta useissa termistorien vaatimuksissa sanotaan, että näin ei ole.

Ensinnäkin lämpötila-antureiden valmistusmateriaalilla tulisi olla riittävän suuri TCS, ja lämpötilankestävyyden riippuvuuden tulisi olla melko lineaarinen laajalla lämpötila-alueella. Lisäksi metallijohtimen on oltava inertti ympäristövaikutuksille ja varmistettava ominaisuuksien hyvä toistettavuus, mikä mahdollistaa anturien korvaamisen turvautumatta mittauslaitteen erilaisiin hienosäätöihin kokonaisuutena.

Kaikille näille ominaisuuksille platina on melkein ihanteellinen (paitsi korkea hinta) samoin kuin kupari. Tällaisia ​​termistoreita kuvauksissa kutsutaan kupariksi (TCM-Cu) ja platinaksi (TSP-Pt).

Termistoreita TSP voidaan käyttää lämpötila-alueella -260 - 1100 ° C.Jos mitattu lämpötila on alueella 0 - 650 ° C, niin TSP-antureita voidaan käyttää vertailuna ja vertailuna, koska kalibrointiominaisuuden epävakaus tällä alueella ei ylitä 0,001 ° C. TSP-termistorien haitat ovat muuntofunktion korkeat kustannukset ja epälineaarisuus laajalla lämpötila-alueella. Tästä syystä tarkka lämpötilan mittaus on mahdollista vain teknisissä tiedoissa ilmoitetulla alueella.

TSM-merkin halvemmat kuparitermistorit, joiden lämpötilankestävyyden riippuvuus on melko lineaarinen, ovat saaneet laajemman käytännön. Kuparivastuksien puutteena voidaan pitää alhaista resistiivisyyttä ja riittämätöntä korkeiden lämpötilojen kestävyyttä (helppo hapettuminen). Siksi kuparitermistorien mittausraja on enintään 180 ° C.

Kaksijohtimista johtoa käytetään anturien, kuten TCM: n ja TSP: n, kytkemiseen, jos anturin etäisyys laitteesta ei ylitä 200 m. Jos tämä etäisyys on suurempi, käytetään kolmijohtimista viestintälinjaa, jossa kolmatta johtoa käytetään kompensoimaan johtimien vastus. Tällaiset kytkentämenetelmät on esitetty yksityiskohtaisesti laitteiden, jotka on varustettu TCM- tai TSP-antureilla, teknisissä kuvauksissa.

Tarkasteltavien anturien haittoja ovat niiden alhainen nopeus: tällaisten anturien lämpöhitaus (aikavakio) vaihtelee kymmenistä sekunneista useisiin minuutteihin. Totta, että myös alhaisen inertin omaavia termistoreita valmistetaan, joiden aikavakio on korkeintaan sekunnin kymmenesosa, mikä saavutetaan niiden pienien mittojen takia. Tällaiset termistorit on valmistettu muovatusta mikroruudusta lasikuoressa. Ne ovat erittäin vakaita, suljettuja ja alhaisella inertillä. Lisäksi pienillä mitoilla niiden resistanssi voi olla jopa useita kymmeniä kilohommeja.

Puolijohdetermistorit

Niitä kutsutaan myös usein termistorit. Verrattuna kupariin ja platinaan, heillä on korkeampi herkkyys ja negatiivinen TCS. Tämä viittaa siihen, että lämpötilan noustessa niiden vastus vähenee. TCS-termistorit ovat suuruusluokkaa korkeampia kuin niiden kuparin ja platinan vastineet. Hyvin pienillä mitoilla termistorien vastus voi nousta 1 MΩ: iin, mikä eliminoi kytkentäjohtimien vastusmittauksen tuloksen.

Lämpötilan mittaamiseksi yleisimmin käytetään puolijohdetermistoreita KMT (perustuvat mangaanin ja koboltin oksideihin) sekä MMT (mangaanin ja kuparin oksidit). Termistorien muuntofunktio on melko lineaarinen lämpötila-alueella -100 - 200 ° C, puolijohdetermistorien luotettavuus on erittäin korkea, ominaisuudet ovat vakaat pitkään.

Ainoa haittapuoli on, että massatuotannossa ei ole mahdollista toistaa tarvittavia ominaisuuksia riittävän tarkasti. Yksi esimerkki eroaa merkittävästi toisesta, aivan samalla tavalla kuin transistorit: se näyttää olevan samasta paketista, mutta voitto on erilainen kaikille, et löydä kahta samaa. Tällainen parametrien sironta johtaa siihen, että termistoria vaihdettaessa on tarpeen säätää laite uudelleen.

Useimmiten siltapiiriä käytetään virtausvastuslämpömuuntimien virrankulutukseen, joissa silta tasapainotetaan potentiometrillä. Kun termistorin vastus muuttuu lämpötilan takia, siltaa voidaan tasapainottaa vain kääntämällä potentiometriä.

Samankaltaista käsin säädettävää järjestelmää käytetään esittelynä koulutuslaboratorioissa. Potentiometrimoottorin asteikko on kalibroitu suoraan lämpötilayksiköinä. Oikeissa mittauspiireissä tietysti kaikki tehdään automaattisesti.

Seuraavassa artikkelin osassa kerrotaan lämpöparien ja mekaanisten paisuntamittarien käytöstä - Lämpötila-anturit. lämpöparit

Boris Aladyshkin, i.electricianexp.com

Kodin automaatio

Käytännöllinen sähkötekniikka ja elektroniikka