Temperatūras sensori. Otrā daļa Termistori

Raksta pirmajā daļā tika īsi runāts dažādu temperatūras skalu vēsture un viņu izgudrotāji Fahrenheit, Reaumur, Celsius un Kelvin. Tagad ir vērts iepazīties ar temperatūras sensoriem, to darbības principiem, ierīcēm datu saņemšanai no šiem sensoriem.

Temperatūras mērījumu īpatsvars tehnoloģiskajos mērījumos

Mūsdienu rūpnieciskajā ražošanā mēra daudz dažādu fizikālo daudzumu. No tiem masas un tilpuma plūsmas ātrums ir 15%, šķidrumu līmenis ir 5%, laiks nav lielāks par 4%, spiediens ir aptuveni 10% utt. Bet temperatūras mērījums ir gandrīz 50% no kopējā tehnisko mērījumu skaita.

Tik liels procents tiek sasniegts ar mērīšanas punktu skaitu. Tātad vidējā atomelektrostacijas lielumā temperatūru var izmērīt apmēram 1500 punktos, un lielā ķīmiskajā rūpnīcā šis skaitlis sasniedz divdesmit vai vairāk tūkstošus.

Šāds daudzums norāda ne tikai uz plašu mērinstrumentu klāstu un tā rezultātā uz daudziem primāriem devējiem un temperatūras sensoriem, bet arī uz nepārtraukti pieaugošām prasībām pēc precizitātes, ātruma, izturības pret troksni un temperatūras mērīšanas instrumentu uzticamības.

Galvenie temperatūras sensoru veidi, darbības princips

Gandrīz visi mūsdienu ražošanā izmantotie temperatūras sensori izmanto principu pārveidot izmērīto temperatūru elektriskos signālos. Šāda pārveidošana ir balstīta uz faktu, ka ir iespējams pārsūtīt elektrisko signālu lielā ātrumā lielos attālumos, bet visus fiziskos lielumus var pārveidot par elektriskiem signāliem. Pārveidojot ciparu kodā, šos signālus var pārsūtīt ar lielu precizitāti un ievadīt arī apstrādei datorā.

Pretestības termopāri

Viņus sauc arī termistori. Viņu darbības princips ir balstīts uz faktu, ka visiem vadītājiem un pusvadītājiem ir Temperatūras pretestības koeficients saīsināti Tks. Tas ir aptuveni vienāds ar visiem zināmo termiskās izplešanās koeficientu: karsējot, ķermeņi izplešas.

Jāatzīmē, ka visiem metāliem ir pozitīva TCS. Citiem vārdiem sakot, vadītāja elektriskā pretestība palielinās, palielinoties temperatūrai. Šeit mēs varam atgādināt faktu, ka ieslēgšanas brīdī kvēlspuldzes visbiežāk izdeg, kamēr spole ir auksta un tās pretestība ir maza. Tādējādi palielināta strāva, ieslēdzot. Pusvadītājiem ir negatīva TCS, palielinoties temperatūrai, to pretestība samazinās, bet tas tiks apspriests nedaudz augstāk.

Metāla termistori

Varētu šķist, ka ir iespējams izmantot jebkuru vadītāju kā materiālu termistoriem, tomēr vairākas prasības termistoriem saka, ka tas tā nav.

Pirmkārt, temperatūras sensoru izgatavošanas materiālam jābūt pietiekami lielam TCS, un pretestības atkarībai no temperatūras jābūt diezgan lineārai plašā temperatūras diapazonā. Turklāt metāla vadītājam jābūt inertam pret apkārtējās vides iedarbību un jānodrošina labu īpašību atkārtojamība, kas ļaus nomainīt sensorus, neizmantojot dažādas mērīšanas ierīces precīzas noregulēšanas iespējas kopumā.

Visām šīm īpašībām gandrīz ideāls ir platīns (izņemot augsto cenu), kā arī varš. Šādus termistorus aprakstos sauc par varu (TCM-Cu) un platīnu (TSP-Pt).

Termistorus TSP var izmantot temperatūras diapazonā no -260 līdz 1100 ° C.Ja izmērītā temperatūra ir diapazonā no 0 līdz 650 ° C, tad par atskaites punktu var izmantot TSP sensorus, jo kalibrēšanas raksturlielumu nestabilitāte šajā diapazonā nepārsniedz 0,001 ° C. TSP termistoru trūkumi ir konversijas funkcijas augstās izmaksas un nelinearitāte plašā temperatūras diapazonā. Tāpēc precīza temperatūras mērīšana ir iespējama tikai tehniskajos datos norādītajā diapazonā.

TSM zīmola lētāki vara termistori, kuru pretestības atkarība no temperatūras ir diezgan lineāra, ir ieguvuši plašāku praksi. Kā vara rezistoru trūkumu var uzskatīt zemu pretestību un nepietiekamu izturību pret augstām temperatūrām (vieglu oksidēšanu). Tāpēc vara termistoru mērīšanas robeža nepārsniedz 180 ° C.

Divu vadu līniju izmanto, lai savienotu sensorus, piemēram, TCM un TSP, ja sensora attālums no ierīces nepārsniedz 200 m. Ja šis attālums ir lielāks, tad tiek izmantota trīs vadu sakaru līnija, kurā trešo vadu izmanto, lai kompensētu svina vadu pretestību. Šādas savienojuma metodes ir sīki parādītas to ierīču tehniskajos aprakstos, kuras ir aprīkotas ar TCM vai TSP sensoriem.

Apsvērto sensoru trūkumi ir to nelielais ātrums: šādu sensoru termiskā inerce (laika konstante) svārstās no desmitiem sekundēm līdz vairākām minūtēm. Tiesa, tiek ražoti arī zemas inerces termorezistori, kuru laika konstante nepārsniedz sekundes desmitdaļas, kas tiek sasniegts to mazo izmēru dēļ. Šādi termistori ir izgatavoti no formas čaumalas stikla apvalkā. Tie ir ļoti stabili, hermētiski un ar mazu inerci. Turklāt ar maziem izmēriem tiem ir pretestība līdz vairākiem desmitiem kilo-omi.

Pusvadītāju termistori

Viņus arī bieži sauc termistori. Salīdzinot ar varu un platīnu, tiem ir lielāka jutība un negatīva TCS. Tas liecina, ka, paaugstinoties temperatūrai, to pretestība samazinās. TCS termistori ir par vienu pakāpi lielāki nekā to vara un platīna kolēģi. Ar ļoti maziem izmēriem termorezistoru pretestība var sasniegt līdz 1 MΩ, kas novērš savienojošo vadu pretestības ietekmi uz mērījumu rezultātu.

Temperatūras mērīšanai visplašāk tiek izmantoti pusvadītāju termistori KMT (uz mangāna un kobalta oksīdu bāzes), kā arī MMT (mangāna un vara oksīdi). Termistoru pārveidošanas funkcija ir diezgan lineāra temperatūras diapazonā no -100 līdz 200 ° C, pusvadītāju termistoru uzticamība ir ļoti augsta, raksturlielumi ir stabili ilgu laiku.

Vienīgais trūkums ir tas, ka masveida ražošanā nav iespējams pietiekami precīzi reproducēt nepieciešamos raksturlielumus. Viens piemērs ievērojami atšķiras no otra, gandrīz tādā pašā veidā kā tranzistori: šķiet, ka tas ir no vienas paketes, bet ieguvums ir atšķirīgs visiem, jūs nevarat atrast divus identiskus no simta. Šāda parametru izkliede noved pie tā, ka, nomainot termistoru, ir nepieciešams no jauna pielāgot aprīkojumu.

Visbiežāk tilta ķēdi izmanto pretestības termisko pārveidotāju barošanai, kurā tilts tiek līdzsvarots, izmantojot potenciometru. Kad temperatūras ietekmē mainās termistoru pretestība, tiltu var līdzsvarot tikai pagriežot potenciometru.

Līdzīga shēma ar manuālu pielāgošanu tiek izmantota kā demonstrācija izglītības laboratorijās. Potenciometra motora skala ir tieši kalibrēta temperatūras vienībās. Protams, reālās mērīšanas ķēdēs viss tiek darīts automātiski.

Nākamajā raksta daļā tiks runāts par termopāru un mehāniskās izplešanās termometru izmantošanu - Temperatūras sensori. Termoelementi

Boriss Aladyshkin, i.electricianexp.com

Mājas automatizācija

Praktiskā elektrotehnika un elektronika