Температурни сензори. Други део Термистори

Први део чланка кратко је говорио историја различитих температурних скала и њихови изумитељи Фахренхеит, Реаумур, Целзиус и Келвин. Сада је вредно упознати се са температурним сензорима, принципима њиховог рада, уређајима за пријем података са тих сензора.

Проценат мерења температуре у технолошким мерењима

У савременој индустријској производњи се мери много различитих физичких количина. Од тога, маса и запремина протока су 15%, ниво течности 5%, време не веће од 4%, притисак око 10% и тако даље. Али мерење температуре је скоро 50% од укупног броја техничких мерења.

Тако висок проценат се постиже бројем тачака мерења. Тако се у средњој нуклеарној електрани температура може измерити на око 1.500 тачака, а на великим хемијским постројењима тај број достиже двадесет или више хиљада.

Таква количина указује на не само широк спектар мерних инструмената и, као последица тога, на мноштво примарних претварача и сензора температуре, већ и стално повећава захтеве за тачношћу, брзином, отпорношћу на буку и поузданошћу мерних уређаја.

Главне врсте сензора температуре, принцип рада

Готово сви сензори температуре који се користе у савременој производњи користе принцип претварања измерене температуре у електричне сигнале. Таква претворба заснива се на чињеници да је могуће преносити електрични сигнал великом брзином на великим даљинама, док се било које физичке величине могу претворити у електричне сигнале. Претворени у дигитални код, ти се сигнали могу преносити са великом тачношћу и такође унети ради обраде у рачунар.

Отпорни термопарови

Они су такође позвани термистори. Њихов принцип рада заснован је на чињеници коју имају сви проводници и полуводичи Коефицијент отпорности на температуру скраћено Ткс. То је отприлике исто што и коефицијент топлотне експанзије познат свима: када се греју, тела се шире.

Треба напоменути да сви метали имају позитиван ТЦС. Другим речима, електрични отпор проводника расте са порастом температуре. Овдје се можемо присјетити чињенице да жаруље са жарном нити најчешће изгарају у тренутку укључивања, док је завојница хладна и отпорност је мала. Отуда повећана струја када је укључена. Полуводичи имају негативан ТЦС, с порастом температуре, њихов отпор се смањује, али о томе ће се говорити мало више.

Метални термистори

Чини се да је могуће користити било који проводник као материјал за термисторе, међутим, бројни захтеви за термисторе кажу да то није тако.

Пре свега, материјал за производњу температурних сензора треба да има довољно велики ТЦС, а зависност отпора од температуре треба да буде прилично линеарна у широком температурном опсегу. Поред тога, метални проводник мора бити инертан на утицај околине и обезбедити добру репродуктивност својстава, што ће омогућити замену сензора, а да се при томе не прибегавају разним финим подешавањима мерног уређаја у целини.

За сва ова својства, платина је готово идеална (осим високе цене), као и бакар. Такви термистори у описима се називају бакар (ТЦМ-Цу) и платина (ТСП-Пт).

Термистори ТСП се могу користити у температурном опсегу -260 - 1100 ° Ц.Ако је измерена температура у опсегу 0 - 650 ° Ц, тада се ТСП сензори могу користити као референтни и референтни, јер нестабилност калибрационе карактеристике у овом опсегу не прелази 0,001 ° Ц. Недостаци ТСП термистора су висока цена и нелинеарност функције претварања у широком температурном опсегу. Стога је тачно мерење температуре могуће само у распону наведеном у техничким подацима.

Јефтинији бакарни термистори марке ТСМ, чија је зависност од температуре од температуре прилично линеарна, стекли су широку праксу. Као недостатак отпорности бакра могу се посматрати мала отпорност и недовољна отпорност на високе температуре (лака оксидација). Због тога бакарни термистори имају ограничење мерења не више од 180 ° Ц.

Двожична линија користи се за повезивање сензора као што су ТЦМ и ТСП, ако удаљеност сензора од уређаја не прелази 200м. Ако је та удаљеност већа, користи се трожична комуникациона линија у којој се трећа жица користи за компензацију отпора водећих жица. Такве методе повезивања детаљно су приказане у техничким описима уређаја који су опремљени ТЦМ или ТСП сензорима.

Недостаци разматраних сензора су њихова мала брзина: термичка инерција (временска константа) таквих сензора се креће у десетинама секунди до неколико минута. Истина, производе се и терертори ниске инерције, чија временска константа није већа од десетине секунде, што се постиже захваљујући њиховим малим димензијама. Такви термистори направљени су од ливеног микроталаса у стакленој љусци. Високо су стабилне, заптивају и имају малу инерцију. Поред тога, уз мале димензије, имају отпор и до неколико десетина кило-охма.

Полупроводнички термистори

Они се такође често зову термистори. У поређењу са бакром и платином, они имају већу осетљивост и негативан ТЦС. Ово сугерише да са повећањем температуре њихов отпор опада. ТЦС термистори су за величине веће од бакарних и платинских колегама. Са врло малим димензијама, отпор термистора може достићи и до 1 МΩ, што елиминише утицај на резултат мерења отпора спојних жица.

За мерење температуре најчешће се користе полуводички термистори КМТ (на бази оксида мангана и кобалта), као и ММТ (оксиди мангана и бакра). Функција претварања термистора је прилично линеарна у температурном опсегу од -100 - 200 ° Ц, поузданост полупроводничких термистора је врло висока, карактеристике су стабилне дуже време.

Једини недостатак је што у масовној производњи није могуће репродуковати потребне карактеристике са довољно тачности. Једна инстанца значајно се разликује од друге, на потпуно исти начин као и транзистори: чини се да је из истог пакета, али добитак је различит за све, нећете наћи две исте. Такво расипање параметара доводи до чињенице да је приликом замене термистора потребно поново прилагодити опрему.

Најчешће се мостни круг користи за топлотне претвараче отпорности на снаге, у којима се мост уравнотежује помоћу потенциометра. Када се отпор термистора мења због температуре, мост се може уравнотежити само окретањем потенциометра.

Слична шема са ручним прилагођавањем користи се као демонстрација у образовним лабораторијама. Мотор потенциометра има скалу калибрирану директно у јединицама температуре. У стварним мерним круговима, наравно, све се врши аутоматски.

Следећи део чланка говори о употреби термопарова и термометара за механичко ширење - Температурни сензори. Термопарови

Борис Аладискин, елецтрохомепро.цом

Кућна аутоматизација

Практична електротехника и електроника