Senzori temperature. Drugi dio Termistori

Prvi dio članka kratko je govorio povijest različitih temperaturnih ljestvica i njihovi izumitelji Fahrenheit, Reaumur, Celzius i Kelvin. Sada je vrijedno upoznati se sa temperaturnim senzorima, principima njihovog rada, uređajima za primanje podataka s tih senzora.

Udio mjerenja temperature u tehnološkim mjerenjima

U modernoj industrijskoj proizvodnji mjeri se mnogo različitih fizičkih količina. Od toga, masa i volumen protoka su 15%, razina tekućina 5%, vrijeme ne više od 4%, tlak je oko 10%, i tako dalje. No mjerenje temperature je gotovo 50% od ukupnog broja tehničkih mjerenja.

Tako visok postotak postiže se brojem mjernih točaka. Dakle, u prosječnoj veličini nuklearne elektrane temperatura se može izmjeriti na oko 1.500 bodova, a u velikom kemijskom postrojenju taj broj doseže dvadeset ili više tisuća.

Takva količina ukazuje na ne samo širok raspon mjernih instrumenata i, kao rezultat, mnoštvo primarnih pretvarača i temperaturnih senzora, već i stalne zahtjeve za tačnošću, brzinom, otpornošću na buku i pouzdanošću mjernih instrumenata.

Glavne vrste osjetnika temperature, princip rada

Gotovo svi senzori temperature koji se koriste u modernoj proizvodnji koriste princip pretvaranja izmjerene temperature u električne signale. Takva se pretvorba temelji na činjenici da je moguće prenijeti električni signal velikom brzinom na velike udaljenosti, dok se bilo koje fizičke veličine mogu pretvoriti u električne signale. Pretvoreni u digitalni kôd, ti se signali mogu prenijeti s velikom točnošću i unijeti za obradu u računalo.

Otporni termoparovi

Oni su također pozvani Termistori, Njihovo načelo rada temelji se na činjenici koju imaju svi vodiči i poluvodiči Koeficijent temperaturne otpornosti skraćeno TCS, To je približno isto što i koeficijent toplinske ekspanzije poznat svima: kada se zagrijavaju, tijela se šire.

Treba napomenuti da svi metali imaju pozitivan TCS. Drugim riječima, električni otpor vodiča raste s porastom temperature. Ovdje se možemo prisjetiti činjenice da žarulje sa žarnom niti najčešće izgaraju u trenutku uključivanja, dok je zavojnica hladna, a otpornost je mala. Otuda povećana struja kada je uključena. Poluvodiči imaju negativan TCS, s porastom temperature njihov otpor se smanjuje, ali o tome će se govoriti malo više.

Metalni termistori

Čini se da je moguće koristiti bilo koji provodnik kao materijal za termistore, međutim, brojni zahtjevi za termistore kažu da to nije tako.

Prije svega, materijal za proizvodnju temperaturnih senzora trebao bi imati dovoljno velik TCS, a ovisnost otpora o temperaturi treba biti prilično linearna u širokom temperaturnom području. Osim toga, metalni vodič mora biti inertan na utjecaj okoline i osigurati dobru obnovljivost svojstava, što će omogućiti zamjenu senzora, a da pri tome ne pribjegavaju različitoj prilagodbi mjernog uređaja u cjelini.

Za sva ova svojstva platina je gotovo idealna (osim visoke cijene), kao i bakar. Takvi termistori u opisima se nazivaju bakar (TCM-Cu) i platina (TSP-Pt).

Termistori TSP mogu se koristiti u temperaturnom rasponu -260 - 1100 ° C.Ako je izmjerena temperatura u području od 0 do 650 ° C, tada se TSP senzori mogu koristiti kao referentni i referentni, jer nestabilnost kalibracijske karakteristike u ovom rasponu ne prelazi 0,001 ° C. Nedostaci TSP termistora su visoki trošak i nelinearnost funkcije pretvorbe u širokom temperaturnom području. Stoga je precizno mjerenje temperature moguće samo u rasponu navedenom u tehničkim podacima.

Jeftiniji bakreni termistori marke TSM, čija je ovisnost otpornosti na temperaturu prilično linearna, stekli su sve rašireniju praksu. Kao nedostatak bakrenih otpornika može se smatrati mala otpornost i nedovoljna otpornost na visoke temperature (laka oksidacija). Stoga bakarni termistori imaju granicu mjerenja ne više od 180 ° C.

Dvožična linija koristi se za povezivanje senzora poput TCM i TSP, ako udaljenost senzora od uređaja ne prelazi 200m. Ako je ta udaljenost veća, tada se koristi trožična komunikacijska linija u kojoj se treća žica koristi za kompenzaciju otpora vodećih žica. Takve metode povezivanja detaljno su prikazane u tehničkim opisima uređaja koji su opremljeni TCM ili TSP senzorima.

Nedostaci razmatranih senzora su njihova mala brzina: termička inercija (vremenska konstanta) takvih senzora kreće se u rasponu od nekoliko desetaka sekundi do nekoliko minuta. Istina, izrađuju se i niskotlačni termistori čija vremenska konstanta nije veća od desetine sekunde, što se postiže zahvaljujući njihovim malim dimenzijama. Takvi su termistori napravljeni od lijevanog mikrofona u staklenoj ljusci. Vrlo su stabilne, nepropusne i imaju malu inerciju. Uz to, s malim dimenzijama, imaju otpor i do nekoliko desetaka kilo-ohma.

Poluprovodnički termistori

Oni su također često pozvani Termistori, U usporedbi s bakrom i platinom, oni imaju veću osjetljivost i negativan TCS. To upućuje na to da se s porastom temperature njihov otpor smanjuje. TCS termistori su veličine veće od svojih bakrenih i platinskih kotača. S vrlo malim dimenzijama, otpor termistora može doseći i do 1 MΩ, što eliminira utjecaj na rezultat mjerenja otpora spojnih žica.

Za mjerenje temperature najčešće se koriste poluvodički termistori KMT (na bazi oksida mangana i kobalta), kao i MMT (oksidi mangana i bakra). Pretvorbena funkcija termistora prilično je linearna u rasponu temperature od -100 - 200 ° C, pouzdanost poluvodičkih termistora je vrlo visoka, karakteristike su stabilne dugo vremena.

Jedina je mana što u masovnoj proizvodnji nije moguće reproducirati potrebne karakteristike s dovoljno točnosti. Jedna se instanca značajno razlikuje od druge, na potpuno isti način kao i tranzistori: izgleda da je iz istog paketa, ali dobitak je različit za sve, od stotine ne možete pronaći dva identična. Takvo rasipanje parametara dovodi do činjenice da je prilikom zamjene termistora potrebno ponovno prilagoditi opremu.

Najčešće se mostni krug koristi za toplinske pretvarače otpornosti na snage, u kojima se most uravnotežuje pomoću potenciometra. Kad se otpor termistora promijeni zbog temperature, most se može uravnotežiti samo okretanjem potenciometra.

Slična shema s ručnim podešavanjem koristi se kao demonstracija u obrazovnim laboratorijima. Motor potenciometra ima ljestvicu kalibriranu izravno u jedinicama temperature. U stvarnim mjernim krugovima, naravno, sve se vrši automatski.

Sljedeći dio članka govori o korištenju termoparova i termometara za mehaničko širenje - Senzori temperature. termoparova

Boris Aladyskin, i.electricianexp.com

Kućna automatizacija

Praktična elektrotehnika i elektronika