Dažādu temperatūras sensoru priekšrocības un trūkumi

Daudzos tehnoloģiskajos procesos viens no svarīgākajiem fizikālajiem lielumiem ir temperatūra. Rūpniecībā mērīšanai izmanto temperatūras sensorus. Šie sensori pārvērš temperatūras informāciju elektriskā signālā, ko pēc tam apstrādā un interpretē elektronika un automatizācija. Rezultātā temperatūras vērtība tiek vai nu vienkārši parādīta displejā, vai arī kalpo par pamatu, lai automātiski mainītu vienas vai otras iekārtas darbības režīmu.

Tā vai citādi temperatūras sensori mūsdienās ir neaizstājami, īpaši rūpniecībā. Un ir svarīgi izvēlēties savam mērķim pareizo sensoru, skaidri izprotot dažādu veidu temperatūras sensoru atšķirīgās iezīmes. Mēs par to runāsim vēlāk.

Dažādi sensori dažādiem mērķiem

Tehnoloģiski temperatūras sensorus iedala divās lielās grupās: kontakta un bezkontakta. Bezkontakta sensori savā darbā izmanto mērīšanas principu infrasarkanie parametrināk no attālas virsmas.

Savukārt kontaktsensori tirgū plašāk atšķiras ar to, ka to sensora elements temperatūras mērīšanas procesā atrodas tiešā saskarē ar virsmu vai vidi, kuras temperatūra jāmēra. Līdz ar to vislietderīgāk būs detalizēti izpētīt kontaktsensorus, salīdzināt to veidus, raksturlielumus, izvērtēt dažāda veida temperatūras sensoru priekšrocības un trūkumus.

Izvēloties temperatūras sensoru, vispirms ir jānosaka, kā būs nepieciešams mērīt temperatūru. Infrasarkanais sensors varēs izmērīt temperatūru attālumā no virsmas, tāpēc ir būtiski svarīgi, lai starp sensoru un virsmu, uz kuru tas tiks virzīts, atmosfēra būtu pēc iespējas caurspīdīgāka un tīrāka, pretējā gadījumā temperatūra dati tiks izkropļoti ( paskaties - Bezkontakta temperatūras mērīšana iekārtas darbības laikā).

Kontakta sensors ļaus tieši izmērīt virsmas temperatūru vai apkārtējās vides temperatūru, ar kuru tā saskaras, tāpēc apkārtējās atmosfēras tīrība parasti nav svarīga. Šeit ļoti svarīgs ir tiešs un kvalitatīvs kontakts starp sensoru un testa materiālu.

Kontaktzondi var izgatavot, izmantojot vienu no vairākām tehnoloģijām: termistoru, pretestības termometru vai termopāri. Katrai tehnoloģijai ir savas priekšrocības un trūkumi.

Termistors ir ļoti jutīgs, tā cena ir pa vidu starp termopāriem un pretestības termometriem, taču tas neatšķiras pēc precizitātes un linearitātes.

Termopāris ir dārgāks, tas ātrāk reaģē uz temperatūras izmaiņām, mērījumi būs lineārāki nekā termistoram, bet precizitāte un jutība nav augsta.

Pretestības termometrs ir visprecīzākais no trim, tas ir lineārs, bet mazāk jutīgs, lai gan cenā tas ir lētāks par termopāri.

Turklāt, izvēloties sensoru, jāpievērš uzmanība izmērīto temperatūru diapazonam, termopāriem un pretestības termometriem tas ir atkarīgs no izmantotā jutīgā elementa materiāla. Tāpēc jums ir jāatrod kāds kompromiss.

Termopāris

Temperatūras sensori termopāri strādāt, pateicoties Seebekova efekts… Vienā galā ir pielodēti divi dažādu metālu stieples — tas ir tā sauktais termopāra karstais savienojums, kas tiek pakļauts izmērītajai temperatūrai. Vadu pretējā pusē to galu temperatūra nemainās, šajā vietā ir pievienots jutīgs voltmetrs.

Ar voltmetru mērītais spriegums ir atkarīgs no temperatūras starpības starp karsto savienojumu un voltmetram pievienotajiem vadiem. Termopāri atšķiras ar metāliem, kas veido to karstos savienojumus, kas nosaka izmērīto temperatūru diapazonu konkrētam termopāra sensoram.

Zemāk ir tabula ar dažādu veidu šīs šķirnes sensoriem. Sensora veids tiek izvēlēts atkarībā no nepieciešamā temperatūras diapazona un vides rakstura.

E tipa sensori ir piemēroti lietošanai oksidējošā vai inertā vidē. J tips — darbam vakuumā, inertā vai reducējošā vidē. K tips — piemērots oksidējošai vai neitrālai videi. N tips — ir ilgāks kalpošanas laiks, salīdzinot ar K tipu.

T veida sensori ir izturīgi pret koroziju, tāpēc tos var izmantot mitrā oksidējošā, reducējošā, inertā vidē, kā arī vakuumā. R (rūpnieciskais) un S (laboratorijas) - tipi - ir augstas temperatūras sensori, kas jāaizsargā ar īpašiem keramikas izolatoriem vai nemetāliskām caurulēm. B tipam ir pat augstāka temperatūra nekā R un S tipam.

Termopāra sensoru priekšrocības ir to darbības parametru stabilitāte augstās temperatūrās un relatīvais reakcijas ātrums uz karstā savienojuma temperatūras izmaiņām. Šāda veida sensori tiek piedāvāti plašā pieejamo diametru diapazonā. Viņiem ir zema cena.

Runājot par trūkumiem, termopāriem ir raksturīga zema precizitāte, tiem ir ārkārtīgi zems izmērītais spriegums, turklāt šiem sensoriem vienmēr ir nepieciešamas kompensācijas ķēdes.

Pretestības termometri

Pretestības termometrs vai reostata temperatūras sensors ir saīsināts kā RTD. Tas darbojas pēc metāla pretestības maiņas principa atkarībā no tā temperatūras izmaiņām. Izmantotie metāli: platīns (no -200 °C līdz +600 °C), niķelis (no -60 °C līdz +180 °C), varš (no -190 °C līdz +150 °C), volframs (no -100). ° C līdz +1400 ° C) — atkarībā no nepieciešamā mērītā temperatūras diapazona.

Biežāk nekā citi metāli pretestības termometros tiek izmantots platīns, kas dod diezgan plašu temperatūras diapazonu un ļauj izvēlēties sensorus ar dažādu jutību. Tātad Pt100 sensora pretestība 0 ° C temperatūrā ir 100 omi, un Pt1000 sensoram ir 1 kOhm tajā pašā temperatūrā, tas ir, tas ir jutīgāks un ļauj precīzāk izmērīt temperatūru.

Salīdzinot ar termopāri, pretestības termometram ir augstāka precizitāte, tā parametri ir stabilāki un mērīto temperatūru diapazons ir plašāks. Tomēr jutība ir zemāka un reakcijas laiks ir garāks nekā termopāriem.

Termistori

Cits kontakta temperatūras sensoru veids - termistori… Tie izmanto metālu oksīdus, kas var būtiski mainīt to pretestību atkarībā no temperatūras. Termistori ir divu veidu: PTC — PTC un NTC — NTC.

Pirmajā pretestība palielinās, palielinoties temperatūrai noteiktā darbības diapazonā, otrajā, palielinoties temperatūrai, pretestība samazinās. Termistoriem ir raksturīga ātrāka reakcija uz temperatūras izmaiņām un zemas izmaksas, taču tie ir diezgan trausli un tiem ir šaurs darba temperatūras diapazons nekā tiem pašiem pretestības termometriem un termopāriem.

Infrasarkanie sensori

Kā minēts raksta sākumā, infrasarkanie sensori interpretē infrasarkano starojumu, ko izstaro attāla virsma - mērķis. To priekšrocība ir tāda, ka temperatūras mērīšana tiek veikta bezkontakta veidā, tas ir, nav nepieciešams sensoru cieši piespiest pret objektu vai iegremdēt vidē.

Tie ļoti ātri reaģē uz temperatūras izmaiņām, tāpēc ir pielietojami pat kustīgu objektu virsmu izpētei, piemēram, uz konveijera.Tikai ar infrasarkano sensoru palīdzību iespējams izmērīt temperatūru paraugiem, kas atrodas piem. tieši krāsnī vai jebkurā agresīvā zonā.

Infrasarkano staru sensoru trūkumi ietver to jutību pret siltumu izstarojošās virsmas stāvokli, kā arī savas optikas tīrību un atmosfēru ceļā starp sensoru un mērķi. Putekļi un dūmi ļoti traucē veikt precīzus mērījumus.