Kurš temperatūras sensors ir labāks, sensora izvēles kritēriji

Ja šī ir jūsu pirmā reize, kad rodas jautājums par sensora izvēli temperatūras mērīšanai, tad lēta un uzticama sensora izvēle var būt jums aktuāla problēma.

Pirmkārt, ir jānoskaidro šāda informācija: paredzamais mērījumu temperatūras diapazons, nepieciešamā precizitāte, vai sensors atradīsies barotnes iekšpusē (ja nē, būs nepieciešams radiācijas termometrs), apstākļi tiek pieņemti kā normāli vai agresīvi, vai ir svarīga sensora periodiskas demontāžas iespēja, un, visbeidzot, vai tā ir nepieciešama gradācija ir grādos vai ir pieņemami saņemt signālu, kas pēc tam tiek pārveidots par temperatūras vērtību.

Šie nav tukšgaitas jautājumi, atbildot uz kuriem patērētājs iegūst iespēju izvēlēties sev piemērotāku temperatūras sensoru, ar kuru viņa aprīkojums darbosies vislabākajā veidā. Protams, nav iespējams vienkārši un nepārprotami sniegt atbildi uz jautājumu, kurš temperatūras sensors ir labāks, izvēle paliek patērētājam, vispirms iepazīstoties ar katra veida sensoru īpašībām.

Šeit mēs sniegsim īsu pārskatu par trim galvenajiem temperatūras sensoru veidiem (visbiežāk sastopamajiem): pretestības termometrs, termistors vai termoelements. Tikmēr patērētājam ir svarīgi uzreiz saprast, ka iegūto temperatūras datu precizitāte ir atkarīga gan no sensora, gan no signāla pārveidotāja - gan primārais sensors, gan pārveidotājs veicina nenoteiktību.

Dažreiz, izvēloties ierīces, viņi pievērš uzmanību tikai pārveidotāja īpašībām, aizmirstot, ka dažādi sensori piešķirs dažādas papildu sastāvdaļas (atkarībā no izvēlētā sensora veida), kas būs jāņem vērā, saņemot datus.

Pretestības termometri - ja jums nepieciešama augsta precizitāte

Šajā gadījumā jutīgais elements ir plēves vai stieples rezistors ar zināmu pretestības atkarību no temperatūras, kas ievietots keramikas vai metāla korpusā. Vispopulārākie ir platīns (augstas temperatūras koeficients), bet tiek izmantots arī niķelis un varš. Diapazoni un pielaides, kā arī standarta pretestības atkarības no temperatūras pretestības termometriem var atrast, lasot GOST 6651-2009.

Šāda veida termometru priekšrocība ir plašs temperatūras diapazons, augsta stabilitāte, laba savstarpēja aizstājamība. Īpaši izturīgi pret vibrācijām, platīna plēves pretestības termometri, tomēr tiem jau ir darba diapazons.

Slēgti TS elementi tiek ražoti kā atsevišķi jutīgi elementi miniatūriem sensoriem, tomēr gan pretestības termometriem, gan sensoriem ir raksturīgs viens relatīvs mīnuss - darbībai tiem nepieciešama trīs vai četru vadu sistēma, tad mērījumi būs precīzi.

Un tomēr blīvējuma korpusa glazūrai vajadzētu būt piemērotai izvēlētajiem apstākļiem, lai temperatūras svārstības nenovestu pie sensora blīvējuma slāņa iznīcināšanas. Platīna termometru standarta pielaide nav augstāka par 0,1 ° C, bet, lai sasniegtu 0,01 ° C precizitāti, ir iespējama individuāla gradācija.

Standarta platīna termometriem (GOST R 51233-98) ir augstāka precizitāte, to precizitāte sasniedz 0,002 ° C, taču ar tiem jārīkojas uzmanīgi, jo tie nevar stāvēt kratot. Turklāt to izmaksas ir desmit reizes augstākas nekā standarta platīna pretestības termometri.

Dzelzs-rodija pretestības termometrs ir piemērots mērījumiem zem kriogēnām temperatūrām. Neliela sakausējuma atkarība no temperatūras un zema TCR ļauj šādam termometram darboties temperatūrā no 0,5 K līdz 500 K, un stabilitāte pie 20 K sasniedz 0,15 mK / gadā.

Pretestības termometra strukturāli jutīgais elements ir četri spirāles gabali, kas izvietoti ap alumīnija oksīda caurulīti un pārklāti ar tīru alumīnija oksīda pulveri. Pagriezieni ir izolēti viens no otra, un pati spirāle principā ir izturīga pret vibrācijām. Blīvējums ar speciāli izvēlētu glazūru vai cementu, pamatojoties uz to pašu alumīnija oksīdu. Parasti stieples elementu diapazons ir no -196 ° C līdz +660 ° C.

Otrā elementa versija (dārgāka, ko izmanto kodoliekārtās) ir doba struktūra, kurai raksturīga ļoti augsta parametru stabilitāte. Elements ir uzvilkts uz metāla cilindra, balona virsmu pārklājot ar alumīnija oksīda slāni. Pats cilindrs ir izgatavots no īpaša metāla, termiskās izplešanās koeficienta ziņā līdzīgs platīnam. Dobu elementu termometru izmaksas ir ļoti augstas.

Trešais variants ir plānslāņa elements. Uz keramikas pamatnes tiek uzklāts plāns platīna slānis (apmēram 0,01 mikronu), kas virspusē ir pārklāts ar stiklu vai epoksīdu.

Šis ir lētākais pretestības termometru elements. Mazs izmērs un mazs svars - plānas plēves elementa galvenā priekšrocība. Šādiem sensoriem ir augsta pretestība - aptuveni 1 kΩ, kas mazina divu vadu savienojuma problēmu. Tomēr plānu elementu stabilitāte ir zemāka par stiepli. Tipisks filmas elementu diapazons ir no -50 ° C līdz +600 ° C.

Spirāle, kas izgatavota no platīna stieples, pārklāta ar stiklu, ir ļoti dārga stieples pretestības termometra iespēja, kas ir īpaši labi noslēgts, izturīgs pret augstu mitrumu, bet temperatūras diapazons ir salīdzinoši šaurs.

Termopāri - augstas temperatūras mērīšanai

Termopāra darbības principu 1822. gadā atklāja Tomass Seebeks, to var raksturot šādi: homogēna materiāla vadītājā ar bezmaksas lādiņnesējiem, kad viens no mērīšanas kontaktiem tiek uzkarsēts, parādīsies emf. Vai arī tā: atšķirīgu materiālu slēgtā ķēdē temperatūras starpības apstākļos starp krustojumiem rodas strāva.

Otrais formulējums nodrošina precīzāku izpratni. termopāra princips, turpretim pirmais atspoguļo termoelektriskās ģenerēšanas būtību un norāda ar termoelektriskās neviendabīgumu saistītos precizitātes ierobežojumus: visā termoelektroda garumā noteicošais faktors ir temperatūras gradienta klātbūtne, tāpēc iegremdēšanai vidē kalibrēšanas laikā jābūt tādam pašam kā turpmākajam darbam. sensora pozīcija.

Termopāri nodrošina visplašāko darba temperatūras diapazonu, un, pats galvenais, tiem ir augstākā darba temperatūra no visiem kontakta temperatūras sensoriem. Krustojumu var iezemēt vai nonākt ciešā saskarē ar pētāmo objektu. Vienkāršs, uzticams, izturīgs - tas attiecas uz sensoru, kura pamatā ir termopārs. Termoelementu diapazonus un pielaides, termoelektriskos parametrus var atrast, lasot GOST R 8.585-2001.

Termopāriem ir arī daži unikāli trūkumi:

• termoelektriskā jauda ir nelineāra, kas rada grūtības to pārveidotāju izstrādē;

• elektrodu materiālam ir vajadzīga laba blīvēšana to ķīmiskās inerces dēļ, jo tie ir neaizsargāti pret agresīvu vidi;

• termoelektriskā neviendabība korozijas vai citu ķīmisku procesu dēļ, kuru dēļ sastāvs nedaudz mainās, liek mainīt kalibrēšanu; lielais vadītāju garums rada antenas efektu un padara termopāri jutīgu pret EM laukiem;

• Pārveidotāja izolācijas kvalitāte kļūst par ļoti svarīgu aspektu, ja no termopāra ar iezemētu krustojumu ir nepieciešama maza inerce.

Cēlmetālu termopāri (PP-platīns-rodijs-platīns, PR-platīns-rodijs-platīns-rodijs) ir raksturīgi ar visaugstāko precizitāti, ar vismazāko termoelektrisko neviendabīgumu nekā parasto metālu termopāri. Šie termopāri ir izturīgi pret oksidāciju, tāpēc tiem ir augsta stabilitāte.

Temperatūrā līdz 50 ° C tie praktiski dod 0 jaudu, tāpēc nav jāuzrauga auksto krustojumu temperatūra. Izmaksas ir augstas, jutība ir zema - 10 μV / K pie 1000 ° C. Nehomogenitāte 1100 ° С temperatūrā - 0,25 ° С. Piesārņojums un elektrodu oksidēšana rada nestabilitāti (rodijs tiek oksidēts temperatūrā no 500 līdz 900 ° C), un tāpēc joprojām parādās elektriskā nehomogenitāte. Tīru metālu pāriem (platīna-pallādija, platīna-zelta) ir labāka stabilitāte.

Termopāri, ko plaši izmanto rūpniecībā, bieži tiek izgatavoti no parastajiem metāliem. Tie ir lēti un izturīgi pret vibrācijām. Īpaši ērti ir elektrodi, kas noslēgti ar kabeli ar minerālu izolāciju - tos var uzstādīt sarežģītās vietās. Termoelementi ir ļoti jutīgi, taču termoelektriskā neviendabība ir lētu modeļu trūkums - kļūda var sasniegt 5 ° C.

Periodiska aprīkojuma kalibrēšana laboratorijā ir bezjēdzīga, lietderīgāk ir pārbaudīt termopāri uzstādīšanas vietā. Termoelektriski nehomogēnākie pāri ir nisils / nihrosils. Galvenā nenoteiktības sastāvdaļa ir aukstā krustojuma temperatūras ņemšana vērā.

Augstas temperatūras, kas ir aptuveni 2500 ° C, mēra ar volframa-rēnija termopāriem. Šeit ir svarīgi novērst oksidējošos faktorus, kuriem tie izmanto īpašus noslēgtus inerto gāzu pārsegus, kā arī molibdēna un tantāla apvalkus ar izolāciju ar magnija oksīdu un berilija oksīdu. Un, protams, vissvarīgākā volframa-rēnija pielietojuma joma ir kodolenerģijas termoelementi neitronu plūsmas apstākļos.

Termopāriem, protams, nebūs nepieciešama trīs vai četru vadu sistēma, taču būs jāizmanto kompensācijas un pagarinātāji, kas ļaus signālu 100 metrus pārraidīt uz mērīšanas ierīci ar minimālām kļūdām.

Pagarināšanas vadi ir izgatavoti no tā paša metāla kā termopārs, un cēlmetāla termopāriem (platīnam) tiek izmantoti kompensācijas (vara) vadi. Kompensācijas stieples kļūs par nenoteiktības avotu diapazonā no 1-2 ° C ar lielu temperatūras starpību, tomēr kompensācijas vadiem ir IEC 60584-3 standarts.

Termistori - maziem temperatūras diapazoniem un īpašiem pielietojumiem

Termistori Tie ir savdabīgi pretestības termometri, bet ne stieples, bet sakausēti daudzfāžu struktūru veidā, kuru pamatā ir jaukti pārejas metāla oksīdi. To galvenā priekšrocība ir mazs izmērs, dažādu formu daudzveidība, zema inerce, zemas izmaksas.

Termistoriem ir negatīvs (NTC) vai pozitīvs (PTC) temperatūras pretestības koeficients. Visizplatītākais NTC un RTS tiek izmantots ļoti šauriem temperatūras diapazoniem (grādu vienībām) uzraudzības un trauksmes sistēmās. Termistoru vislabākā stabilitāte ir diapazonā no 0 līdz 100 ° C.

Termistori ir diska (līdz 18 mm), lodītes (līdz 1 mm), plēves (biezums līdz 0,01 mm), cilindriskas (līdz 40 mm). Mazi termistoru sensori ļauj pētniekiem izmērīt temperatūru pat šūnās un asinsvados.

Termistori galvenokārt ir nepieciešami zemu temperatūru mērīšanai, ņemot vērā to relatīvo nejutīgumu pret magnētiskajiem laukiem. Dažiem termistoru veidiem ir darba temperatūra līdz mīnus 100 ° C.

Būtībā termistori ir sarežģītas daudzfāžu struktūras, kuras no granulētiem nitrātiem un metālu oksīdiem saķepina gaisā aptuveni 1200 ° C temperatūrā. Visstabilākie temperatūrā zem 250 ° C ir NTC termistori, kas izgatavoti no niķeļa un magnija oksīdiem vai niķeļa, magnija un kobalta.

Termistoru īpatnējā vadītspēja ir atkarīga no tā ķīmiskā sastāva, no oksidācijas pakāpes, no piedevām metālu formā, piemēram, nātrija vai litija.

Uz diviem platīna spailēm uzliek sīkus lodīšu termistorus, pēc tam tos pārklājot ar stiklu.Disku termistoriem vadi ir pielodēti diska pārklājumam ar platīnu.

Termistoru pretestība ir augstāka nekā pretestības termometriem, parasti tā ir diapazonā no 1 līdz 30 kOhm, tāpēc šeit ir piemērota divu vadu sistēma. Pretestības atkarība no temperatūras ir gandrīz eksponenciāla.

Disku termistorus vislabāk var aizstāt diapazonā no 0 līdz 70 ° C ar precizitāti 0,05 ° C. Pērle - katram gadījumam nepieciešama devēja individuāla kalibrēšana. Termistori tiek graduēti šķidros termostatos, salīdzinot to parametrus ar ideālu platīna pretestības termometru ar soli 20 ° C diapazonā no 0 līdz 100 ° C. Tādējādi tiek panākta kļūda, kas nepārsniedz 5 mK.