Sensor suhu. Bahagian Dua Thermistors

Bahagian pertama artikel itu bercakap secara ringkas sejarah pelbagai skala suhu dan pencipta mereka Fahrenheit, Reaumur, Celsius dan Kelvin. Kini, kita perlu mengenali sensor suhu, prinsip-prinsip operasi mereka, peranti untuk menerima data dari sensor ini.

Perkadaran pengukuran suhu dalam pengukuran teknologi

Dalam pengeluaran industri moden, banyak kuantiti fizikal yang berbeza diukur. Daripada jumlah ini, kadar aliran jisim dan jisim adalah 15%, paras cecair adalah 5%, masa tidak melebihi 4%, tekanan adalah kira-kira 10%, dan sebagainya. Tetapi pengukuran suhu hampir 50% daripada jumlah pengukuran teknikal.

Peratusan yang tinggi ini dicapai dengan bilangan titik pengukuran. Oleh itu, pada saiz purata loji tenaga nuklear, suhu boleh diukur pada kira-kira 1,500 mata, dan di loji kimia besar bilangan ini mencapai dua puluh atau lebih ribu.

Kuantiti sedemikian menunjukkan bukan sahaja pelbagai instrumen pengukur dan, sebagai akibatnya, banyak transduser utama dan sensor suhu, tetapi juga sentiasa meningkatkan permintaan terhadap ketepatan, kelajuan, kekebalan kebisingan, dan kebolehpercayaan instrumen pengukur suhu.

Jenis utama sensor suhu, prinsip operasi

Hampir semua sensor suhu yang digunakan dalam pengeluaran moden menggunakan prinsip menukar suhu diukur menjadi isyarat elektrik. Pertukaran sedemikian didasarkan pada hakikat bahawa adalah mungkin untuk menghantar isyarat elektrik pada kelajuan tinggi ke atas jarak jauh, sementara mana-mana kuantiti fizikal boleh ditukarkan menjadi isyarat elektrik. Diubah ke kod digital, isyarat ini boleh dihantar dengan ketepatan yang tinggi, dan juga dimasukkan untuk diproses ke dalam komputer.

Thermocouples rintangan

Mereka juga dipanggil termistor. Prinsip operasi mereka adalah berdasarkan fakta bahawa semua konduktor dan semikonduktor mempunyai Pekali Rintangan Suhu disingkat Tks. Ini adalah kira-kira sama dengan pekali pengembangan termal yang diketahui oleh semua orang: apabila dipanaskan, mayat meluaskan.

Harus diingat bahawa semua logam mempunyai TCS positif. Dengan kata lain, rintangan elektrik konduktor bertambah dengan peningkatan suhu. Di sini kita boleh ingat fakta bahawa mentol pijar terbakar paling kerap pada saat beralih, sementara gegelung sejuk dan rintangannya kecil. Oleh itu, peningkatan arus apabila dihidupkan. Semikonduktor mempunyai TCS negatif, dengan peningkatan suhu, rintangannya berkurang, tetapi ini akan dibincangkan sedikit lebih tinggi.

Thermistor logam

Ia seolah-olah boleh menggunakan mana-mana konduktor sebagai bahan untuk thermistors, bagaimanapun, beberapa keperluan untuk thermistors mengatakan bahawa ini tidak begitu.

Pertama sekali, bahan untuk pembuatan sensor suhu harus mempunyai TCS yang cukup besar, dan pergantungan rintangan pada suhu haruslah cukup linear dalam julat suhu yang luas. Di samping itu, konduktor logam mesti mempunyai pengaruh alam sekitar dan memastikan sifat-sifat reproduktif yang baik, yang akan membolehkan penggantian sensor tanpa menggunakan pelbagai alat penalaan secara menyeluruh.

Untuk semua sifat ini, platinum hampir ideal (kecuali harga yang tinggi), serta tembaga. Theristors seperti dalam deskripsi dipanggil tembaga (TCM-Cu) dan platinum (TSP-Pt).

Thermistors TSP boleh digunakan dalam julat suhu -260 - 1100 ° C.Jika suhu yang diukur berada dalam julat 0 - 650 ° C, maka sensor TSP boleh digunakan sebagai rujukan dan rujukan, kerana ketidakstabilan ciri penentukuran dalam julat ini tidak melebihi 0.001 ° C. Kelemahan termistor TSP adalah kos yang tinggi dan linieriti fungsi penukaran dalam julat suhu yang luas. Oleh itu, pengukuran suhu yang tepat hanya boleh dilakukan dalam julat yang ditunjukkan dalam data teknikal.

Thermistor tembaga murah jenama TSM, pergantungan rintangan pada suhu yang agak linear, telah mendapat amalan yang lebih meluas. Sebagai kekurangan perintang tembaga, daya tahan rendah dan ketahanan yang tidak mencukupi untuk suhu tinggi (pengoksidaan mudah) boleh dipertimbangkan. Oleh itu, termistor tembaga mempunyai had pengukuran tidak melebihi 180 ° C.

Garis dua wayar digunakan untuk menyambungkan sensor seperti TCM dan TSP, jika jarak sensor dari peranti tidak melebihi 200m. Jika jarak ini lebih besar, maka talian komunikasi tiga wayar digunakan, di mana wayar ketiga digunakan untuk mengimbangi rintangan wayar plumbum. Kaedah sambungan sedemikian ditunjukkan secara terperinci dalam penerangan teknikal peranti yang dilengkapi dengan sensor TCM atau TSP.

Kelemahan sensor yang dipertimbangkan adalah kelajuan rendah mereka: inersia haba (masa malar) dari sensor tersebut berkisar dari puluhan detik hingga beberapa minit. Benar, termistor terma-inersia juga dihasilkan, pemalar masa yang tidak lebih daripada sepersepuluh detik, yang dicapai kerana dimensi kecil mereka. Mesin termistor seperti ini diperbuat daripada microwire dibentuk dalam cangkerang kaca. Mereka sangat stabil, dimeterai, dan rendah inersia. Di samping itu, dengan dimensi kecil, mereka mempunyai rintangan sehingga beberapa puluhan kilo-ohm.

Thermistors Semikonduktor

Mereka juga sering dipanggil termistor. Berbanding dengan tembaga dan platinum, mereka mempunyai sensitiviti yang lebih tinggi dan TCS negatif. Ini menunjukkan bahawa dengan peningkatan suhu, rintangan mereka berkurangan. Thermistor TCS adalah susunan magnitud yang lebih tinggi daripada pasangan tembaga dan platinum mereka. Dengan dimensi yang sangat kecil, rintangan termistor boleh mencapai sehingga 1 MΩ, yang menghilangkan pengaruh pada hasil pengukuran rintangan wayar penyambung.

Untuk mengukur suhu, yang paling banyak digunakan ialah pengkompaunan semikonduktor KMT (berdasarkan oksida mangan dan kobalt), serta MMT (oksida mangan dan tembaga). Fungsi penukaran thermistors cukup linear dalam julat suhu -100 - 200 ° C, kebolehpercayaan termistor semikonduktor sangat tinggi, ciri-cirinya stabil untuk masa yang lama.

Satu-satunya kelemahan adalah bahawa dalam pengeluaran besar-besaran, tidak mungkin untuk menghasilkan semula ciri-ciri yang diperlukan dengan ketepatan yang mencukupi. Satu contohnya berbeza dengan yang lain, dengan cara yang sama seperti transistor: nampaknya dari pakej yang sama, tetapi keuntungannya berbeza untuk semua orang, anda tidak dapat mencari dua identik dari seratus. Penyebaran parameter sedemikian membawa kepada fakta bahawa apabila menggantikan termistor, perlu menyesuaikan peralatan sekali lagi.

Selalunya, litar jambatan digunakan untuk menggerakkan penukar haba rintangan, di mana jambatan seimbang menggunakan potensiometer. Apabila rintangan termistor berubah akibat suhu, jambatan hanya boleh diimbangi dengan mengubah potensiometer.

Skim yang sama dengan penyesuaian manual digunakan sebagai demonstrasi di makmal pendidikan. Enjin potensiometer mempunyai skala yang dikalibrasi secara langsung dalam unit suhu. Dalam litar mengukur sebenar, tentu saja, semuanya dilakukan secara automatik.

Bahagian seterusnya artikel itu akan membincangkan tentang penggunaan termokopel dan termometer pengembangan mekanikal - Sensor suhu. Thermocouples

Boris Aladyshkin, i.electricianexp.com

Automasi rumah

Kejuruteraan Elektrik Praktikal dan Elektronik