luokat: Kokemuksen jakaminen, Kodin automaatio
Katselukuvien lukumäärä: 12 660
Kommentit artikkeliin: 0

Mikä lämpötila-anturi on parempi, anturin valintakriteerit

 

Mikä lämpötila-anturi on parempi, anturin valintakriteeritJos tämä on ensimmäinen kerta, kun kohtaat lämpötilan mittausanturin valinnan, halvan ja luotettavan anturin valitseminen voi olla sinulle todellinen ongelma.

Ensinnäkin on selvitettävä seuraavat yksityiskohdat: mittausten odotettu lämpötila-alue, vaadittava tarkkuus, onko anturi sijoitettu väliaineen sisäpuolelle (jos ei, tarvitaanko säteilylämpömittaria), olosuhteiden oletetaan olevan normaalit vai aggressiiviset, onko anturin säännöllisen purkamisen mahdollisuus tärkeä, ja lopulta, onko se välttämätöntä asteikko on asteina tai on hyväksyttävää vastaanottaa signaali, joka sitten muunnetaan lämpötila-arvoksi.

Nämä eivät ole joutokysymyksiä, joihin vastaaminen antaa kuluttajalle mahdollisuuden valita itselleen sopivampi lämpötila-anturi, jonka kanssa hänen laitteet toimivat parhaalla mahdollisella tavalla. Tietysti on mahdotonta yksinkertaisesti ja yksiselitteisesti antaa vastaus kysymykseen, mikä lämpötila-anturi on parempi, valinta on jätettävä kuluttajalle, joka on ensin perehtynyt kunkin anturityypin ominaisuuksiin.

Tässä annamme lyhyen yleiskatsauksen kolmesta lämpötila-anturityypistä (yleisimmät): vastuslämpömittari, termistori tai termoelementti. Samaan aikaan on tärkeätä, että kuluttaja ymmärtää heti, että saatujen lämpötilatietojen tarkkuus riippuu sekä anturista että signaalimuuntimesta - sekä pääanturi että muunnin lisäävät epävarmuutta.

Joskus laitteita valitessaan he kiinnittävät huomiota vain muuntimen ominaisuuksiin unohtamatta sitä, että eri anturit antavat erilaisia ​​lisäkomponentteja (valitun anturin tyypistä riippuen), jotka on otettava huomioon tietojen vastaanottamisessa.

Vastuslämpömittari

Vastuslämpömittarit - jos tarvitset suurta tarkkuutta

Tässä tapauksessa anturielementti on kalvo- tai lankavastus, jolla on tunnettu lämpötilavastuksen riippuvuus, sijoitettuna keraamiseen tai metallikoteloon. Suosituimpia ovat platina (korkean lämpötilan kerroin), mutta myös nikkeliä ja kuparia käytetään. Alueet ja toleranssit, samoin kuin tavanomaiset lämpövastuksen riippuvuuslämpömittarit, löytyvät lukemalla GOST 6651-2009.

Tämän tyyppisten lämpömittarien etuna on laaja lämpötila-alue, korkea stabiilisuus, hyvä vaihdettavuus. Erityisen tärinänkestävät, platinakalvokestävät lämpömittarit, mutta niillä on jo toiminta-alue.

TS: n suljetut elementit tuotetaan erillisinä herkinä elementteinä pienoisantureille, mutta sekä vastuslämpömittarille että antureille on ominaista yksi suhteellinen miinus - ne vaativat kolme- tai nelijohdinjärjestelmän toiminnan, silloin mittaukset ovat tarkkoja.

Ja silti tiivistyskotelon lasituksen tulisi olla sopiva valittuihin olosuhteisiin, jotta lämpötilanvaihtelut eivät johtaisi anturin tiivistyskerroksen tuhoutumiseen. Platinalämpömittarien vakiotoleranssi on korkeintaan 0,1 ° C, mutta yksilöllinen asteikko on mahdollista saavuttaa tarkkuus 0,01 ° C.

Referenssiplatinalämpömittarien (GOST R 51233-98) tarkkuus on suurempi, niiden tarkkuus saavuttaa 0,002 ° C, mutta niitä on käsiteltävä varoen, koska ne eivät kestä vapinaa. Lisäksi niiden hinta on kymmenen kertaa korkeampi kuin tavanomaiset platinavastuslämpömittarit.

Raudan ja rodiumin kestokykyinen lämpömittari soveltuu mittauksiin kryogeenisissä lämpötiloissa. Seoksen ja matalan TCR: n epätavallinen lämpötilariippuvuus sallivat tällaisen lämpömittarin toimia lämpötiloissa 0,5 K - 500 K ja stabiilisuus lämpötilassa 20 K saavuttaa 0,15 mK / vuosi.

Vastuslämpömittari

Vastuslämpömittarin rakenteellisesti herkkä elementti on neljä spiraalipalaa, jotka on asetettu alumiinioksidiputken ympärille ja peitetty puhtaalla alumiinioksidijauheella. Käännökset on eristetty toisistaan, ja kierre itsessään on periaatteessa tärinänkestävä. Tiivistäminen erityisen valitulla lasilla tai sementillä, joka perustuu samaan alumiinioksidiin. Lankaelementtien tyypillinen alue on -196 ° C - +660 ° C.

Elementin toinen versio (kalliimpi, käytetty ydinlaitoksissa) on ontto rakenne, jolle on tunnusomaista parametrien erittäin korkea stabiilisuus. Elementti on kierretty metallisylinteriin, sylinterin pinta peitetään alumiinioksidikerroksella. Itse sylinteri on valmistettu erityisestä metallista, jonka lämpölaajenemiskerroin on samanlainen kuin platina. Onttojen elementtien lämpömittarit ovat erittäin korkeat.

Kolmas vaihtoehto on ohutkalvoelementti. Keraamiseen substraattiin levitetään ohut kerros platinaa (luokkaa 0,01 mikronia), joka päällystetään lasilla tai epoksilla.

Tämä on halvin elementtityyppi vastuslämpömittarille. Pieni koko ja kevyt paino - ohutkalvoelementin tärkein etu. Tällaisilla antureilla on korkea vastus, noin 1 kΩ, mikä poistaa kaksijohtoliitännän ongelman. Ohuiden elementtien stabiilisuus on kuitenkin huonompi kuin lanka. Tyypillinen kalvoelementtialue on -50 ° C - +600 ° C.

Lasilla päällystetystä platinalangasta valmistettu kierre on vaihtoehto erittäin kalliille langankestävyysmittarille, joka on erittäin tiiviisti suljettu, kestää suurta kosteutta, mutta lämpötila-alue on suhteellisen kapea.

termoelementin

Termoelementit - korkeiden lämpötilojen mittaamiseen

Termoelementin toimintaperiaate löydettiin vuonna 1822 Thomas Seebeckin toimesta, se voidaan kuvata seuraavasti: kun homogeenisen materiaalin, jossa on ilmaisia ​​varauskantoaineita, johtimessa, kun yksi mittauskoskettimista on lämmitetty, ilmestyy emf. Tai niin: erilaisten materiaalien suljetussa piirissä, jännitteiden lämpötilaeron olosuhteissa, tapahtuu virta.

Toinen muotoilu antaa tarkemman käsityksen. lämpöparin periaate, kun taas ensimmäinen heijastaa termoelektrisen tuotannon olemusta ja osoittaa termoelektriseen heterogeenisyyteen liittyvät tarkkuusrajoitukset: Lämpöelektrodin koko pituudelle ratkaiseva tekijä on lämpötilagradientin läsnäolo, joten upottamisen väliaineeseen kalibroinnin aikana tulisi olla sama kuin tulevan työskentelyn anturin sijainti.

Termoelementit tarjoavat laajimman käyttölämpötila-alueen ja mikä tärkeintä, niiden korkein käyttölämpötila on kaikentyyppisistä kosketuslämpötila-antureista. Risteys voidaan maadoittaa tai saattaa läheiseen kosketukseen tutkittavan kohteen kanssa. Yksinkertainen, luotettava, kestävä - tämä koskee lämpöpariin perustuvaa anturia. Termoelementtien alueet ja toleranssit, termoelektriset parametrit löytyvät lukemalla GOST R 8.585-2001.

Lämpöparilla on myös joitain ainutlaatuisia haittoja:

  • termoelektrinen teho on epälineaarista, mikä aiheuttaa vaikeuksia muuntimien kehittämisessä heille;

  • elektrodien materiaali tarvitsee hyvää tiivistämistä kemiallisen inerttinsä vuoksi, koska ne ovat alttiita aggressiivisille ympäristöille;

  • korroosiosta tai muista kemiallisista prosesseista johtuva termoelektrinen heterogeenisyys, jonka seurauksena koostumus muuttuu hieman, pakottaa muuttamaan kalibrointia; johtimien suuri pituus saa aikaan antennin vaikutuksen ja tekee termoelementistä herkän EM-kenttille;

  • Lähettimen eristyslaadusta tulee erittäin tärkeä näkökohta, jos vaaditaan matala hitaus termoelementistä, jolla on maadoitettu liitos.

termoelementin

Jalometallitermopareille (PP-platina-rodium-platina, PR-platina-rodium-platina-rodium) on karakterisoitu korkeimmalla tarkkuudella, vähiten termoelektrisellä heterogeenisyydellä kuin epäjaloa metallien lämpöparilla. Nämä lämpöparit kestävät hapettumista, joten niillä on korkea stabiilisuus.

Enintään 50 ° C: n lämpötiloissa ne antavat käytännössä 0: n tehon, joten kylmien liittymien lämpötilaa ei tarvitse tarkkailla. Kustannukset ovat korkeat, herkkyys alhainen - 10 μV / K 1000 ° C: ssa. Epähomogeenisuus 1100 ° C: n lämpötilassa - alueella 0,25 ° С. Elektrodien saastuminen ja hapettuminen aiheuttavat epävakautta (rodium hapettuu lämpötiloissa 500 - 900 ° C), ja siksi sähköinen epähomogeenisuus näyttää edelleen. Pari puhdasta metallia (platina-palladium, platina-kulta) on parempi stabiilisuus.


Lämpöparit, joita käytetään laajasti teollisuudessa, ovat usein epäjaloa metallia. Ne ovat edullisia ja tärinänkestäviä. Erityisen käteviä ovat mineraalieristeellä kaapelilla suljetut elektrodit - ne voidaan asentaa vaikeisiin paikkoihin. Termoelementit ovat erittäin herkkiä, mutta termoelektrinen heterogeenisyys on halpojen mallien haitta - virhe voi nousta 5 ° C: seen.

Laitteiden säännöllinen kalibrointi laboratoriossa on turhaa, on hyödyllisempää tarkistaa lämpöpari asennuspaikassa. Termoelektrisesti epähomogeenisimmat parit ovat nisiili / nikrosili. Epävarmuuden pääkomponentti on kylmän liittymän lämpötilan huomioon ottaminen.

Korkeat lämpötilat, luokkaa 2500 ° C, mitataan volframi-reeni-lämpöparilla. Tässä on tärkeää poistaa hapettimet, joiden vuoksi he turvautuvat erityisiin suljettuihin inerttikaasupeitteisiin, samoin kuin molybdeeni- ja tantaalikansiin, jotka on eristetty magnesiumoksidilla ja berylliumoksidilla. Ja tietysti, tärkein volframi-renium-sovellusalue on ydinvoiman lämpöparit neutronivuo-olosuhteissa.

Termoelementtejä varten ei tietenkään tarvita kolmi- tai nelijohdinjärjestelmää, mutta on käytettävä kompensointi- ja jatkojohtoja, joiden avulla signaali voidaan lähettää 100 metrin mittauslaitteeseen pienin virhein.

Jatkojohdot on valmistettu samasta metallista kuin termoelementti, ja jalometalleista valmistetuissa termoelementteissä (platina) käytetään kompensointijohtimia (kupari). Kompensointijohdoista tulee epävarmuuden lähde luokkaa 1-2 ° C suurella lämpötilaerolla, mutta kompensointijohtoille on kuitenkin IEC 60584-3 -standardi.

termistorit

Termistorit - pieniin lämpötila-alueisiin ja erikoissovelluksiin

termistorit Ne ovat erikoisia vastuslämpömittareita, mutta eivät johtimellisia, vaan sintrattuja monivaiheisissa rakenteissa, jotka perustuvat sekoitettuihin siirtymämetallioksideihin. Niiden tärkein etu on pieni koko, monenlaisia ​​muotoja, pieni hitaus, alhaiset kustannukset.

Termistorien lämpötilakestokerroin on negatiivinen (NTC) tai positiivinen (PTC). Yleisimpiä NTC- ja RTS-järjestelmiä käytetään hyvin kapeissa lämpötila-alueissa (asteyksikköinä) valvonta- ja hälytysjärjestelmissä. Termistorien paras stabiilisuus on välillä 0 - 100 ° C.

Termistorit ovat kiekon (korkeintaan 18 mm), helmen (enintään 1 mm), kalvon (paksuus enintään 0,01 mm), lieriömäisen (enintään 40 mm) muodossa. Pienten termistorianturien avulla tutkijat voivat mitata lämpötilaa jopa solujen ja verisuonten sisällä.

Termistorit vaativat pääasiassa alhaisten lämpötilojen mittaamista johtuen niiden suhteellisesta herkkyydestä magneettikenttiä kohtaan. Joidenkin termistorityyppien toimintalämpötila on jopa –10 ° C.

Periaatteessa termistorit ovat monimutkaisia ​​monivaiheisia rakenteita, jotka on sintrattu noin 1200 ° C: n lämpötilassa ilmassa rakeisista nitraateista ja metallioksideista. Vakaimpia alle 250 ° C lämpötiloissa ovat NTC-termistorit, jotka on valmistettu nikkelistä ja magnesiumoksideista tai nikkelistä, magnesiumista ja koboltista.

Termistorin ominaisjohtavuus riippuu sen kemiallisesta koostumuksesta, hapettumisasteesta, lisäaineiden läsnäolosta metallien, kuten natriumin tai litiumin, muodossa.

Pieniä helmitermistereitä levitetään kahdelle platinaterminaalille ja päällystetään sitten lasilla.Levytermistorien johdot juotetaan levyn platinapinnoitteeseen.

Lämpötila-anturi

Termistorien vastus on korkeampi kuin vastuslämpömittarien, yleensä se on alueella 1 - 30 kOhm, joten kaksijohtiminen järjestelmä on tässä sopiva. Resistanssin lämpötilariippuvuus on lähellä eksponentiaalista.

Levytermistorit ovat parhaiten vaihdettavissa välillä 0 - 70 ° C lämpötilassa 0,05 ° C. Helmi - vaadi anturin yksilöllinen kalibrointi kullekin tapaukselle. Termistorit mitataan nestemäisissä termostaateissa vertaamalla niiden parametreja ihanteelliseen platinavastuslämpömittariin 20 ° C: n asteikolla välillä 0 - 100 ° C. Siten saavutetaan enintään 5 mK: n virhe.

Katso myös osoitteesta i.electricianexp.com:

  • Teollisuuden lämpötila-anturit
  • Mikä on termoelementti ja miten se toimii
  • Lämpötila-anturit. Toinen osa termistorit
  • Esimerkkejä keraamisten materiaalien käytöstä sähkötekniikassa ja sähkössä ...
  • Lämpötila-anturit. Kolmas osa. Lämpöparit. Seebeck-vaikutus

  •