Temperaturgivare. Del två termistorer

Den första delen av artikeln pratade kort historia av olika temperaturskalor och deras uppfinnare Fahrenheit, Reaumur, Celsius och Kelvin. Nu är det värt att bekanta sig med temperatursensorer, principerna för deras drift, enheter för att ta emot data från dessa sensorer.

Andelen temperaturmätning i tekniska mätningar

I modern industriell produktion mäts många olika fysiska mängder. Av dessa är massan och volymflödet 15%, vätskenivån är 5%, tiden är inte mer än 4%, trycket är cirka 10% och så vidare. Men temperaturmätningen är nästan 50% av det totala antalet tekniska mätningar.

En så hög procentandel uppnås genom antalet mätpunkter. Så vid ett medelstort kärnkraftverk kan temperaturen mätas till cirka 1 500 punkter, och vid en stor kemisk fabrik når detta antal tjugo eller fler tusen.

En sådan mängd indikerar inte bara ett brett utbud av mätinstrument och, som en följd, en mängd primära givare och temperatursensorer, utan också ständigt ökande krav på noggrannhet, hastighet, brusimmunitet och tillförlitlighet hos temperaturmätinstrument.

De viktigaste typerna av temperatursensorer, driftsprincipen

Nästan alla temperatursensorer som används i modern produktion använder principen att konvertera den uppmätta temperaturen till elektriska signaler. En sådan omvandling är baserad på det faktum att det är möjligt att överföra en elektrisk signal med hög hastighet över långa avstånd, medan fysiska mängder kan omvandlas till elektriska signaler. Konverterade till digital kod kan dessa signaler överföras med hög noggrannhet och också matas in för bearbetning till en dator.

Resistens termoelement

De kallas också termistorer. Deras funktionsprincip är baserad på det faktum att alla ledare och halvledare har Temperaturbeständighetskoefficient förkortat TCS. Detta är ungefär detsamma som värmeutvidgningskoefficienten som är känd för alla: vid uppvärmning expanderar kropparna.

Det bör noteras att alla metaller har en positiv TCS. Med andra ord ökar ledarens elektriska motstånd med ökande temperatur. Här kan vi komma ihåg det faktum att glödlampor brinner ut oftast vid tillslaget, medan spolen är kall och dess motstånd är liten. Därför den ökade strömmen när den är påslagen. Halvledare har en negativ TCS, med ökande temperatur minskar deras motstånd, men detta kommer att diskuteras lite högre.

Metalltermistorer

Det verkar som om det är möjligt att använda valfri ledare som ett material för termistorer, men ett antal krav för termistorer säger att detta inte är så.

Först och främst bör materialet för tillverkning av temperatursensorer ha en tillräckligt stor TCS, och beroendet av motståndet på temperaturen bör vara ganska linjärt inom ett brett temperaturområde. Dessutom måste metallledaren vara inert mot miljöpåverkan och säkerställa god reproducerbarhet av egenskaper, vilket möjliggör byte av sensorer utan att ta till olika finjustering av mätanordningen som helhet.

För alla dessa egenskaper är platina nästan perfekt (förutom det höga priset), liksom koppar. Sådana termistorer i beskrivningarna kallas koppar (TCM-Cu) och platina (TSP-Pt).

Termistorer TSP kan användas i temperaturområdet -260 - 1100 ° C.Om den uppmätta temperaturen ligger i området 0 - 650 ° C, kan TSP-sensorerna användas som referens och referens, eftersom instabiliteten för kalibreringskarakteristiken i detta område inte överstiger 0,001 ° C. Nackdelarna med TSP-termistorer är de höga kostnaderna och icke-lineariteten för omvandlingsfunktionen i ett brett temperaturområde. Därför är noggrann temperaturmätning endast möjlig inom det intervall som anges i tekniska data.

Billigare koppartermistorer av TSM-varumärket, beroende av motståndskraft på temperaturen som är ganska linjära, har fått en mer omfattande praxis. Som brist på kopparmotstånd kan låg resistivitet och otillräcklig motstånd mot höga temperaturer (lätt oxidation) övervägas. Därför har koppartermistorer en mätgräns på högst 180 ° C.

En tvåtrådslinje används för att ansluta sensorer som TCM och TSP, om avståndet från sensorn från enheten inte överstiger 200 meter. Om detta avstånd är större, används en tretrådig kommunikationslinje, i vilken den tredje ledningen används för att kompensera för ledningstrådarna motstånd. Sådana anslutningsmetoder visas i detalj i de tekniska beskrivningarna av enheter som är utrustade med TCM- eller TSP-sensorer.

Nackdelarna med de givna sensorerna är deras låga hastighet: termisk tröghet (tidskonstant) hos sådana sensorer sträcker sig från tiotals sekunder till flera minuter. Det är sant att även termistorer med låg tröghet tillverkas, vars tidskonstant inte är mer än en tiondel av en sekund, vilket uppnås på grund av deras små dimensioner. Sådana termistorer är gjorda av gjuten mikrovåg i ett glasskal. De är mycket stabila, förseglade och låga tröghet. Dessutom, med små dimensioner, har de motstånd upp till flera tiotals kilohm.

Halvledartermistorer

De kallas också ofta termistorer. Jämfört med koppar och platina har de en högre känslighet och negativ TCS. Detta antyder att med ökande temperatur minskar deras motstånd. TCS-termistorer är en storleksordning högre än deras koppar- och platina-motsvarigheter. Med mycket små dimensioner kan motståndet hos termistorer nå upp till 1 MΩ, vilket eliminerar påverkan på mätresultatet för motståndet hos anslutningstrådarna.

För att mäta temperaturen är de mest använda halvledartermistorerna KMT (baserade på oxider av mangan och kobolt), liksom MMT (oxider av mangan och koppar). Konverteringsfunktionen för termistorerna är ganska linjär inom temperaturområdet -100 - 200 ° C, tillförlitligheten hos halvledartermistorer är mycket hög, egenskaperna är stabila under lång tid.

Den enda nackdelen är att vid massproduktion är det inte möjligt att reproducera de nödvändiga egenskaperna med tillräcklig noggrannhet. En instans skiljer sig väsentligt från den andra, på ungefär samma sätt som transistorer: det verkar vara från samma paket, men vinsten är annorlunda för alla, du hittar inte två av samma. En sådan spridning av parametrar leder till det faktum att vid byte av en termistor är det nödvändigt att justera utrustningen igen.

Oftast används en bryggkrets för att driva motståndskraftiga termiska omvandlare, där bron är balanserad med en potentiometer. När termistorns motstånd ändras på grund av temperaturen kan bron bara balanseras genom att vrida på potentiometern.

Ett liknande schema med manuell justering används som demonstration i utbildningslaboratorier. Potentiometermotorn har en skala kalibrerad direkt i temperaturenheter. I riktiga mätkretsar görs naturligtvis allt automatiskt.

Nästa artikel kommer att prata om användning av termoelement och mekaniska expansionstermometrar - Temperaturgivare. termoelement

Boris Aladyshkin, i.electricianexp.com

Hemmautomation

Praktisk elektroteknik och elektronik