categorii: Împărtășirea experienței, Automatizari la domiciliu
Număr de vizualizări: 12,660
Comentarii la articol: 0

Ce senzor de temperatură este mai bun, criteriile de selectare a senzorului

 

Ce senzor de temperatură este mai bun, criteriile de selectare a senzoruluiDacă este prima dată când întâmpini problema alegerii unui senzor pentru măsurarea temperaturii, atunci alegerea unui senzor cu costuri reduse și fiabile poate fi o problemă reală pentru tine.

În primul rând, este necesar să aflăm următoarele detalii: intervalul de temperatură preconizat de măsurători, precizia necesară, dacă senzorul va fi amplasat în interiorul mediului (dacă nu, va fi necesar un termometru cu radiații), condițiile sunt asumate normale sau agresive, este posibilă demontarea periodică a senzorului și, în final, este necesar absolvirea este în grade sau este acceptabil să primiți un semnal, care va fi apoi transformat într-o valoare a temperaturii.

Acestea nu sunt întrebări inactive, răspunzând căruia consumatorul are ocazia să aleagă pentru sine un senzor de temperatură mai adecvat, cu care echipamentul său va funcționa în cel mai bun mod. Desigur, este imposibil să dați un răspuns simplu și fără echivoc la întrebarea care este mai bun senzorul de temperatură, alegerea rămâne de făcut consumatorului, cunoscându-se mai întâi caracteristicile fiecărui tip de senzor.

Aici vom oferi o scurtă privire de ansamblu asupra celor trei tipuri principale de senzori de temperatură (cei mai frecventi): termometru de rezistență, termistor sau termopar. Între timp, este important ca consumatorul să înțeleagă imediat că precizia datelor de temperatură primite depinde atât de senzor, cât și de convertorul de semnal - atât senzorul primar, cât și convertorul contribuie la incertitudine.

Uneori, atunci când aleg dispozitivele, aceștia acordă atenție numai caracteristicilor convertizorului, uitând că diferiți senzori vor oferi componente suplimentare diferite (în funcție de tipul de senzor selectat), care va trebui să fie luate în considerare la primirea datelor.

Termometru de rezistență

Termometre de rezistență - dacă aveți nevoie de precizie ridicată

În acest caz, elementul senzor este o rezistență de film sau de sârmă, cu o dependență cunoscută a rezistenței de temperatură, plasată într-o carcasă ceramică sau metalică. Cele mai populare sunt platina (coeficientul de temperatură ridicat), dar se folosesc și nichel și cupru. Intervalele și toleranțele, precum și dependențele standard de rezistență la temperatură pentru termometrele de rezistență pot fi găsite citind GOST 6651-2009.

Avantajul acestui tip de termometre este o gamă largă de temperatură, stabilitate ridicată, o bună intercambiabilitate. În special rezistența la vibrații, termometrele cu rezistență la film de platină, cu toate acestea, acestea au deja o gamă de lucru.

Elementele sigilate ale TS sunt produse ca elemente sensibile separate pentru senzori în miniatură, cu toate acestea, atât termometrele de rezistență, cât și senzorii sunt caracterizate de un minus relativ - necesită un sistem cu trei fire sau patru fire pentru funcționare, apoi măsurătorile vor fi corecte.

Și totuși, glazura carcasei de etanșare ar trebui să fie adecvată condițiilor selectate, astfel încât fluctuațiile de temperatură să nu conducă la distrugerea stratului de etanșare al senzorului. Toleranța standard a termometrelor de platină nu este mai mare de 0,1 ° C, dar este posibilă absolvirea individuală pentru a obține o precizie de 0,01 ° C.

Termometrele de referință cu platină (GOST R 51233-98) au o precizie mai mare, precizia lor atinge 0,002 ° C, dar trebuie manipulate cu grijă, deoarece nu pot rezista la agitare. În plus, costul lor este de zece ori mai mare decât termometrele standard cu rezistență la platină.

Un termometru cu rezistență la fier-rodiu este potrivit pentru măsurători la temperaturi criogenice. Dependența anormală de temperatură a aliajului și TCR scăzut permit unui astfel de termometru să funcționeze la temperaturi de la 0,5 K la 500 K, iar stabilitatea la 20 K atinge 0,15 mK / an.

Termometru de rezistență

Elementul sensibil structural al termometrului de rezistență este de patru bucăți de spirală așezate în jurul unui tub de oxid de aluminiu, acoperit cu pulbere de oxid de aluminiu pur. Virajele sunt izolate unele de altele, iar spirală în sine este, în principiu, rezistentă la vibrații. Etanșare cu glazură sau ciment special selectate pe baza aceleiași alumine. Un interval tipic pentru elementele de sârmă este de la -196 ° C la +660 ° C.

A doua versiune a elementului (mai scumpă, folosită la instalațiile nucleare) este o structură scobită, caracterizată prin stabilitate foarte mare a parametrilor. Un element este înfășurat pe un cilindru metalic, suprafața cilindrului fiind acoperită cu un strat de oxid de aluminiu. Cilindrul în sine este confecționat dintr-un metal special similar cu coeficient de expansiune termică cu platina. Costul termometrelor cu elemente goale este foarte mare.

A treia opțiune este un element cu film subțire. Un strat subțire de platină (de 0,01 microni) este aplicat pe substratul ceramic, care este acoperit cu sticlă sau epoxidică deasupra.

Acesta este cel mai ieftin tip de element pentru termometrele de rezistență. Dimensiuni mici și greutate ușoară - principalul avantaj al unui element cu film subțire. Astfel de senzori au o rezistență ridicată de aproximativ 1 kΩ, ceea ce neagă problema conexiunii cu două fire. Cu toate acestea, stabilitatea elementelor subțiri este inferioară sârmelor. Un interval tipic pentru elementele de film este de la -50 ° C la +600 ° C.

O spirală din sârmă de platină acoperită cu sticlă este o opțiune a unui termometru foarte scump de rezistență a sârmei, care este extrem de bine sigilat, rezistent la umiditate ridicată, dar intervalul de temperatură este relativ îngust.

termocuplu

Termocuple - pentru măsurarea temperaturilor ridicate

Principiul funcționării termocuplei a fost descoperit în 1822 de către Thomas Seebeck, acesta poate fi descris după cum urmează: în conductorul unui material omogen cu purtători de încărcare gratuită, când unul dintre contactele de măsurare este încălzit, va apărea un emf. Sau așa: într-un circuit închis din materiale diferite, în condițiile unei diferențe de temperatură între joncțiuni, apare un curent.

A doua formulare oferă o mai bună înțelegere. principiul termocuplului, în timp ce primul reflectă însăși esența generarii termoelectricității și indică limitările de precizie asociate cu eterogenitatea termoelectrică: pentru întreaga lungime a termoelectrodului, factorul decisiv este prezența unui gradient de temperatură, astfel încât imersiunea în mediu în timpul calibrării ar trebui să fie aceeași cu viitoarea funcționare poziția senzorului.

Termoparele oferă cea mai largă gamă de temperaturi de funcționare și, cel mai important, au cea mai ridicată temperatură de funcționare a tuturor tipurilor de senzori de temperatură de contact. Îmbinarea poate fi legată la pământ sau în contact strâns cu obiectul studiat. Simplu, fiabil, durabil - este vorba despre un senzor bazat pe un termopar. Intervalele și toleranțele, parametrii termoelectrici ai termocuplurilor pot fi găsiți citind GOST R 8.585-2001.

Termoparele prezintă, de asemenea, unele dezavantaje unice:

  • puterea termoelectrică este neliniară, ceea ce creează dificultăți în dezvoltarea convertoarelor pentru ei;

  • materialul electrozilor are nevoie de o sigilare bună datorită inertității lor chimice, din cauza vulnerabilității lor în medii agresive;

  • eterogenitatea termoelectrică datorată coroziunii sau a altor procese chimice, datorită cărora compoziția se schimbă ușor, obligă să schimbe calibrarea; lungimea mare a conductoarelor generează efectul antenei și face termocuplul vulnerabil la câmpurile EM;

  • Calitatea de izolație a transmițătorului devine un aspect foarte important dacă este necesară o inerție scăzută de la un termopar cu o legătură legată la pământ.

termocuplu

Termoparele metalelor nobile (PP-platină-rodiu-platină, PR-platină-rodiu-platină-rodiu) se caracterizează prin cea mai mare precizie, cea mai mică eterogenitate termoelectrică decât termocuplele metalelor de bază. Aceste termocuple sunt rezistente la oxidare, de aceea au stabilitate ridicată.

La temperaturi de până la 50 ° C, practic obțin o putere de 0, deci nu este necesară monitorizarea temperaturii joncțiunilor la rece. Costul este ridicat, sensibilitatea scăzută - 10 μV / K la 1000 ° C. Neomogenitate la 1100 ° С - în regiunea 0,25 ° С. Contaminarea și oxidarea electrozilor creează instabilitate (rodiul este oxidat la temperaturi între 500 și 900 ° C) și, prin urmare, apare încă o neomogenitate electrică. Perechile de metale pure (platină-paladiu, platină-aur) au o stabilitate mai bună.


Termocuple care sunt utilizate pe scară largă în industrie sunt adesea fabricate din metale de bază. Sunt ieftine și rezistente la vibrații. Este deosebit de convenabil electrozii sigilați cu un cablu cu izolație minerală - pot fi instalați în locuri dificile. Termoparele sunt foarte sensibile, dar eterogenitatea termoelectrică este un dezavantaj al modelelor ieftine - eroarea poate ajunge la 5 ° C.

Calibrarea periodică a echipamentelor în laborator este inutilă, este mai util să verificați termocupla la locul instalării. Cele mai termoelectrice perechi neomogene sunt nisil / nichrosil. Principala componentă a incertitudinii este luarea în considerare a temperaturii joncțiunii la rece.

Temperaturile ridicate de ordinul a 2500 ° C sunt măsurate prin termocuple de tungsten-reniu. Este important aici eliminarea factorilor de oxidare, pentru care se recurge la acoperiri speciale de gaz inert sigilate, precum și la acoperiri de molibden și tantal cu izolare cu oxid de magneziu și oxid de beriliu. Și, desigur, cea mai importantă zonă de aplicare a tungstenului-rhenium sunt termocuple pentru energia nucleară în condiții de flux de neutroni.

Pentru termocuple, desigur, nu va fi necesar un sistem cu trei fire sau patru fire, dar va fi necesar să folosiți fire de compensare și extensie, ceea ce va permite transmiterea semnalului la 100 de metri către echipamentul de măsurare cu erori minime.

Firele de extensie sunt fabricate din același metal ca și termocupla, iar firele de compensare (cupru) sunt utilizate pentru termocuple din metal nobil (pentru platină). Firurile de compensare vor deveni o sursă de incertitudine de ordinul 1-2 ° C cu o diferență mare de temperatură, cu toate acestea, există un standard IEC 60584-3 pentru firele de compensare.

termistori

Termistoare - pentru intervale mici de temperatură și aplicații speciale

termistori Sunt termometre de rezistență deosebite, dar nu și cu sârmă, ci sinterizate sub formă de structuri multifazice, bazate pe oxizi metalici de tranziție mixtă. Principalul lor avantaj este dimensiunea mică, o varietate de forme variate, inerție scăzută, costuri reduse.

Termistorii au un coeficient de rezistență negativ (NTC) sau pozitiv (PTC). Cele mai frecvente NTC și RTS sunt utilizate pentru intervale de temperatură foarte restrânse (unități de grade) în sistemele de monitorizare și alarmare. Cea mai bună stabilitate a termistorilor este cuprinsă între 0 și 100 ° C.

Termistorii sunt sub formă de disc (până la 18 mm), margele (până la 1 mm), peliculă (grosime până la 0,01 mm), cilindrică (până la 40 mm). Senzorii mici de termistor permit cercetătorilor să măsoare temperatura chiar și în interiorul celulelor și vaselor de sânge.

Termistorii solicită în principal măsurarea temperaturilor scăzute datorită insensibilității relative la câmpurile magnetice. Unele tipuri de termistori au temperaturi de funcționare până la minus 100 ° C.

Practic, termistorii sunt structuri complexe multifazice sinterizate la o temperatură de aproximativ 1200 ° C în aer din nitrați granulari și oxizi metalici. Cele mai stabile la temperaturi sub 250 ° C sunt termistorii NTC din nichel și oxizi de magneziu sau nichel, magneziu și cobalt.

Conductivitatea specifică a unui termistor depinde de compoziția sa chimică, de gradul de oxidare, de prezența aditivilor sub formă de metale precum sodiu sau litiu.

Termoizorii mărgele mici se aplică pe două terminale de platină, apoi sunt acoperite cu sticlă.Pentru termistorii pe disc, cablurile sunt lipite la acoperirea cu platină a discului.

Senzor de temperatură

Rezistența termistorilor este mai mare decât cea a termometrelor de rezistență, de obicei se situează în intervalul de la 1 la 30 kOhm, deci un sistem cu două fire este potrivit aici. Dependența de temperatură a rezistenței este aproape de exponențial.

Termistoarele cu disc sunt cele mai bune schimbări pentru o gamă cuprinsă între 0 și 70 ° C într-o eroare de 0,05 ° C. Perlă - necesită calibrarea individuală a traductorului pentru fiecare instanță. Termistorii sunt absolvenți în termostate lichide, comparând parametrii lor cu un termometru ideal cu rezistență la platină în trepte de 20 ° C în intervalul de la 0 la 100 ° C. Astfel se realizează o eroare de cel mult 5 mK.

Consultați și la i.electricianexp.com:

  • Senzori de temperatură industriali
  • Ce este un termocuplu și cum funcționează
  • Senzori de temperatură. Partea a doua termistori
  • Exemple de utilizare de materiale ceramice în inginerie electrică și energie electrică ...
  • Senzori de temperatură. Partea a treia. Termocuple. Efect de seebeck

  •