Који је сензор температуре бољи, критеријуми за избор сензора

Ако се први пут сусрећете са проблемом одабира сензора за мерење температуре, тада бирање јефтиног и поузданог сензора може бити стварни проблем за вас.

Прије свега, потребно је сазнати сљедеће детаље: процијењени температурни распон мјерења, потребну тачност, да ли ће се сензор налазити унутар медија (ако не, потребан је радијациони термометар), услови се претпостављају нормални или агресивни, је ли важна могућност периодичног растављања сензора, и на крају, да ли је потребно дипломирање је у степенима или је прихватљиво примити сигнал, који ће се затим претворити у температурну вредност.

Ово нису празна питања, на која потрошач добија прилику да изабере себи прикладнији температурни сензор са којим ће његова опрема радити на најбољи начин. Наравно, немогуће је једноставно и недвосмислено дати одговор на питање који је температурни сензор бољи, избор остаје на потрошачу, прво упознавши се са карактеристикама сваке врсте сензора.

Овде ћемо дати кратак преглед три главна типа температурних сензора (најчешће): отпорни термометар, термистор или термоелемент. У међувремену, важно је да потрошач одмах схвати да тачност примљених података о температури зависи и од сензора и од претварача сигнала - и примарни сензор и претварач доприносе неизвесности.

Понекад приликом избора уређаја обраћају пажњу само на карактеристике претварача, заборављајући да ће различити сензори дати различите додатне компоненте (овисно о врсти одабраног сензора), што ће бити потребно узети у обзир приликом пријема података.

Термометри за отпорност - ако вам треба висока тачност

У овом случају, сензорски елемент је филм или жичани отпорник, са познатом зависношћу отпора од температуре, смештеним у керамичкој или металној футроли. Најпопуларније су платина (коефицијент високе температуре), али се такође користе никл и бакар. Распон и толеранције, као и стандардне зависности отпора од температуре за отпорне термометре могу се наћи читањем ГОСТ 6651-2009.

Предност ове врсте термометра је широк температурни опсег, висока стабилност, добра изменљивост. Посебно отпорни на вибрације, термометри за отпорност на платинаст филм, међутим, већ имају радни домет.

Затворени елементи ТС производе се као засебни осетљиви елементи за минијатурне сензоре, међутим, и термометри и сензори отпора карактеришу један релативни минус - за рад им је потребан трожилни или четворожични систем, тада ће мерења бити тачна.

Па ипак, глазура бртвеног кућишта треба да буде погодна за одабране услове тако да температурне флуктуације не би довеле до уништења заптивајућег слоја сензора. Стандардна толеранција термометра од платине није већа од 0,1 ° Ц, али је могуће појединачно подешавање постићи тачност од 0,01 ° Ц.

Референтни термометри од платине (ГОСТ Р 51233-98) имају већу тачност, тачност им достиже 0,002 ° Ц, али са њима се мора пажљиво поступати, јер не могу издржати тресење. Поред тога, њихова цена је десет пута већа од стандардних термометра за отпорност на платину.

Термометар отпорности на гвожђе-родијум је погодан за мерења под криогеним температурама. Ненормална температурна зависност легуре и низак ТЦР омогућавају таквом термометру да ради на температурама од 0,5 К до 500 К, а стабилност на 20 К достиже 0,15 мК / годишње.

Структурно осетљиви елемент термометра за отпорност је четири комада спирале постављених око цеви од алуминијум оксида, прекривених чистим прахом алуминијум оксида. Завоји су изолирани један од другог, а сама спирала је, у принципу, отпорна на вибрације. Бртвљење специјално одабраном глазуром или цементом на бази исте глинице. Типичан опсег за жичане елементе је од -196 ° Ц до +660 ° Ц.

Друга верзија елемента (скупља, користи се у нуклеарним постројењима) је шупља структура, коју карактерише врло висока стабилност параметара. Елемент је намотан на метални цилиндар, чија је површина цилиндра прекривена слојем алуминијум оксида. Сам цилиндар је направљен од посебног метала сличног коефицијента топлотне експанзије као платине. Цена термометра са шупљим елементима је врло висока.

Трећа опција је танкослојни елемент. Танак слој платине (величине 0,01 микрона) наноси се на керамичку подлогу која је на врху обложена стаклом или епоксидом.

Ово је најјефтинија врста елемента за отпорне термометре. Мала величина и мала тежина - главна предност танкослојних елемената. Такви сензори имају велики отпор од око 1 кΩ, што негира проблем двожилне везе. Међутим, стабилност танких елемената је инфериорнија од жице. Типичан распон за елементе филма је од -50 ° Ц до +600 ° Ц.

Спирала направљена од платинасте жице пресвучене стаклом је опција веома скупог термометра за отпорност на жице, који је изузетно добро заптивен, отпоран на високу влажност, али опсег радне температуре је релативно узак.

Термопарови - за мерење високих температура

Принцип рада термоелемента открио је 1822. Тхомас Сеебецк, може се описати на следећи начин: када се један од мерних контаката загрева један од мерних контаката, у проводнику хомогеног материјала са слободним носачима, појавиће се емф. Или тако: у затвореном кругу различитих материјала, у условима разлике температуре између спојева, долази до струје.

Друга формулација пружа тачније разумевање. принцип термоелемента, док први одражава саму суштину стварања термоелектричности и указује на ограничења тачности повезане са термоелектричном хетерогеношћу: за читаву дужину термоелектрода, одлучујући фактор је постојање температурног градијента, па би урањање у медијум током калибрације требало да буде исто као и будући рад положај сензора.

Термопарови пружају најшири распон радне температуре и што је најважније, имају највишу радну температуру од свих врста сензора контактне температуре. Спој се може уземљити или довести у блиски контакт са проучаваним објектом. Једноставно, поуздано, издржљиво - овде се ради о сензору који се заснива на термоелементу. Опсег и толеранције, термоелектрични параметри термоелемера могу се наћи читањем ГОСТ Р 8.585-2001.

Термопарови такође имају неке јединствене недостатке:

• термоелектрична снага је нелинеарна, што ствара потешкоће у развоју претварача за њих;

• материјалу електрода је потребно добро заптивање због њихове хемијске инертности, због рањивости на агресивно окружење;

• термоелектрична хетерогеност услед корозије или других хемијских процеса, због којих се састав лагано мења, присиљава на промену калибрације; велика дужина проводника изазива ефекат антене и чини термоелемент рањивим на ЕМ поља;

• Квалитет изолације предајника постаје веома важан аспект ако је потребно да се термоелемент са уземљеним спојем захтева мала инерција.

Племенити метални термопарови (ПП-платина-родијум-платина, ПР-платина-родијум-платина-родијум) карактеришу се највећом тачношћу, најмање термоелектричном хетерогеношћу од термопарова базних метала. Ови термопарови су отпорни на оксидацију, па имају високу стабилност.

На температурама до 50 ° Ц, они практично дају излаз од 0, тако да нема потребе да се прати температура хладних спојева. Цена је велика, осетљивост мала - 10 µВ / К на 1000 ° Ц. Нехомогеност на 1100 ° С - у области од 0,25 ° С. Загађење и оксидација електрода стварају нестабилност (родијум оксидира на температурама од 500 до 900 ° Ц), па се и даље појављује електрична нехомогеност. Парови чистих метала (платина-паладијум, платина-злато) имају бољу стабилност.

Термопарови који се широко користе у индустрији често се праве од базних метала. Они су јефтини и отпорни на вибрације. Посебно су погодне електроде запечаћене каблом са минералном изолацијом - могу се инсталирати на тешким местима. Термопарови су врло осетљиви, али термоелектрична хетерогеност је недостатак јефтиних модела - грешка може да достигне 5 ° Ц.

Периодична калибрација опреме у лабораторији је бесмислена, корисније је проверити термоелемент на месту инсталације. Највише термоелектрично нехомогени парови су нисил / ницхросил. Главна компонента несигурности узима у обзир температуру хладног споја.

Високе температуре реда од 2500 ° Ц мереју се термоелеменима волфрам-ренијум. Овдје је важно елиминирати оксидирајуће факторе, за које прибјегавају посебним затвореним поклопцима инертног плина, као и поклопцима од молибдена и тантала са изолацијом магнезијум-оксидом и берилијумским оксидом. И наравно, најважније подручје примене волфрам-ренијума су термопарови за нуклеарну енергију у условима протока неутрона.

За термоелементе, наравно, неће бити потребан трожилни или четворожични систем, али биће потребно користити жице за компензацију и продужење, што ће омогућити да се сигнал 100 метара преноси на мерну опрему уз минималне грешке.

Продужне жице су израђене од истог метала као и термоелемент, а компензацијске (бакрене) жице користе се за термоелементе од племенитих метала (за платину). Жице за компензацију постаће извор несигурности реда 1-2 ° Ц са великом температурном разликом, међутим, за компензацијске жице постоји ИЕЦ 60584-3 стандард.

Термистори - за мале температурне опсеге и посебне примене

Термистори То су необични термометри за отпорност, али не жичани, али синтеровани у облику вишефазних структура, заснованих на мешовитим оксидима прелазних метала. Њихова главна предност је мала величина, мноштво различитих облика, мала инерција, ниска цена.

Термистори долазе са негативним (НТЦ) или позитивним (ПТЦ) температурним коефицијентом отпора. Најчешћи НТЦ и РТС користе се за врло уске температурне опсеге (јединице степена) у системима за надгледање и алармирање. Најбоља стабилност термистора је у опсегу од 0 до 100 ° Ц.

Термистори су у облику диска (до 18 мм), куглице (до 1 мм), филма (дебљине до 0,01 мм), цилиндричног (до 40 мм). Мали термисторски сензори омогућавају истраживачима да мере температуру чак и унутар ћелија и крвних судова.

Термистори су углавном захтевани за мерење ниских температура због њихове релативне несетљивости на магнетна поља. Неке врсте термистора имају радне температуре до минус 100 ° Ц.

У основи, термистори су сложене вишефазне структуре синтероване на температури од око 1200 ° Ц у ваздуху из гранулисаних нитрата и металних оксида. Најстабилнији на температурама испод 250 ° Ц су НТЦ термистори направљени од никл и магнезијум оксида или никла, магнезијума и кобалта.

Специфична проводљивост термистора зависи од његовог хемијског састава, степена оксидације, присуства адитива у облику метала попут натријума или литијума.

Ситни термистори зрнца наносе се на два платинаста терминала, а затим обложени стаклом.За дисковне термисторе, каблови су лемљени према платинастом омотачу диска.

Отпор термистора већи је од отпорних термометра, обично лежи у опсегу од 1 до 30 кОхм, тако да је овде погодан двожични систем. Температурна зависност отпора близу је експоненцијалне.

Диск термистори су најбоље заменљиви у распону од 0 до 70 ° Ц у грешци од 0,05 ° Ц. Куглице - захтевају појединачну калибрацију претварача за сваки примерак. Термистори су дипломирани у течним термостатима, упоређујући њихове параметре са идеалним термометром за отпорност на платину у корацима од 20 ° Ц у опсегу од 0 до 100 ° Ц. Тако се постиже грешка не већа од 5 мК.