Датчики температури

Тема у розділі 'Электрика и освещение', створена користувачем vitalijmobi, 5 лют 2013.

  1. vitalijmobi

    vitalijmobi Майстер

    Повідомлення:
    61
    Симпатії:
    61
    Адреса:
    Львів
    Більшість технологічних процесів йде зараз по шляху автоматизації. Крім того, управління численними механізмами і агрегатами, а часто і машинами просто немислимо без точних вимірювань всіляких фізичних величин. Важливим є вимір тиску, вимірювання кутової швидкості, а також лінійної і багато-багато інших. Але найпоширенішими (близько 50%) є температурні виміри. Приміром, середня за величиною атомна станція налічує приблизно 1500 контрольних (вимірювальних) точок, а велике хімвиробництво, налічує таких вже близько 20 тис.
    Так як діапазон вимірювань і їх умови можуть сильно відрізняться один від одного, розроблені різні по точності, стійкості , швидкодії типи датчиків (і первинних перетворювачів). Якого б типу не був температурний датчик, загальним для всіх є принцип перетворення. А саме: вимірювана температура перетворюється в електричну величину (якраз за це і відповідає первинний перетворювач). Це обумовлено тим, що електричний сигнал просто передавати на великі відстані (висока швидкість прийому-передачі), легко обробляти (висока точність вимірів) і, нарешті, швидкодія.
    Далі, пропонуємо вам ознайомитися з різними видами датчиків температури, а в кінці статті з список питань які необхідно вирішити перед покупкою датчика температури.
    Види датчиків температури, за типом дії
    Терморезистивні термодатчики
    Терморезистивні термодатчики - засновані на принципі зміни електричного опору (напівпровідника або провідника) при зміні температури. Розроблені вони були вперше для океанографічних досліджень. Основним елементом є терморезистор - елемент змінює свій опір залежно від температури навколишнього середовища.


    Безперечні переваги термодатчиків цього типу це довготривала стабільність, висока чутливість, а також простота створення інтерфейсних схем.
    На зображенні наведено датчик 702-101BBB-A00, діапазон вимірювання якого від -50 до +130 ° С. Цей датчик ставитися до групи кремнієвих резистивних датчиків (що це таке читайте двома абзацами нижче). Зверніть увагу, на його розміри. Виробляє цей датчик фірма Honeywell International
    В залежності від матеріалів використовуваних для виробництва терморезистивного датчиків розрізняють:
    Резистивні детектори температури (РДТ). Ці датчики складаються з металу, найчастіше платини. В принципі, будь який метал змінює свій опір під впливом температури, але використовують платину так як вона володіє довготривалою стабільністю, міцністю і відтворюваністю характеристик. Для вимірювань температур понад 600 ° С може використовуватися також вольфрам. Мінусом цих датчиків є висока вартість і нелінійність характеристик.
    Кремнієві резистивні датчики. Переваги цих датчиків-хороша лінійність і висока довготривала стабільність. Також ці датчики можуть вбудовуватися прямо в мікроструктури.
    Термістори. Ці датчики виготовляються з метал-оксидних сполук. Датчик вимірює тільки абсолютну температуру. Істотним недоліком термісторів є необхідність їх калібрування та велика нелінійніст, а також старіння, однак при проведенні всіх необхідних настройок можуть використовуватися для прецизійних вимірювань.

    Напівпровідникові


    В якості прикладу зображено напівпровідниковий датчик температури LM75A, що випускається фірмою NXP Semiconductors. Діапазон вимірювань цього датчика від -55 до +150.
    Напівпровідникові датчики реєструють зміна характеристик pn переходу під впливом температури. В якості термодатчиків можуть бути використані будь які діоди або біполярні транзистори. Пропорційна залежність напруги на транзисторах від абсолютної температури (в Кельвінах) дає можливість реалізувати досить точний датчик.
    Переваги таких датчиків - простота і низька вартість, лінійність характеристик, маленька похибка. Крім того, ці датчики можна формувати прямо на кремнієвій підкладці. Все це робить напівпровідникові датчики дуже затребуваними.

    Термоелектричні (термопари)
    Термоелектричні перетворювачі - інакше, термопари. Вони діють за принципом термоелектричного ефекту, тобто завдяки тому, що в будь-якому замкнутому контурі (з двох різнорідних напівпровідників або провідників) виникая електричний струм, у разі якщо місця зпайки відрізняються по температурі. Так, один кінець термопари (робочий) занурений в середовище, а інший (вільний) - незанурений. Таким чином, виходить, що термопари це відносні датчики і вихідна напруга буде залежати від різниці температур двох частин. І майже не буде залежати від абсолютних їх значень.


    Виглядати термопара може так, як показано на малюнку. Це термопара ДТПКХХ4, вона вимірює температуру в межах від -40 до +400.
    Діапазон вимірюваних з їх допомогою температур, від -200 до 2200 градусів, і прямо залежить від використовуваних в них матеріалів. Наприклад, термопари з неблагородних металів - до 1100 ° С. Термопари із благородних металів (платинова група) - від 1100 до 1600 градусів. Якщо необхідно провести виміри температур понад цього, використовуються жаростійкі сплави (основою служить вольфрам). Як правило використовується в комплекті з мілівольтметром, а вільний кінець (конструктивно виведений на голівку) віддалений від вимірюваного середовища за допомогою подовжуючого проводу. Одним з недоліків термопари є досить велика похибка. Найбільш поширеним способом застосування термопар є електронні термометри.
    Пірометри
    Пірометри - безконтактні датчики, які реєструють випромінювання виходить від нагрітих тіл. Основною перевагою пірометрів (на відміну від попередніх температурних датчиків) є відсутність необхідності поміщати датчик безпосередньо в контрольоване середовище. В результаті такого занурення часто відбувається спотворення досліджуваного температурного поля, не кажучи вже про зниження стабільності характеристик самого датчика.
    Розрізняють три види пірометрів:
    Флуоресцентні. При вимірюванні температури за допомогою флуоресцентних датчиків на поверхню об'єкта, температуру якого необхідно виміряти, наносять фосфорні компоненти. Потім об'єкт піддають впливу ультрафіолетового імпульсного випромінювання, в результаті якого виникає післявипромінювання флуоресцентного шару, властивості якого залежать від температури. Це випромінювання детектується і аналізується.
    Інтерферометричні. Інтерферометричні датчики температури базуються на порівнянні властивостей двох променів - контрольного та пропущеного через середовище, параметри якої змінюються в залежності від температури. Чутливим елементом цього типу датчиків найчастіше виступає тонкий кремнієвий шар, на коефіцієнт заломлення якого, а, відповідно, і на довжину шляху променя, впливає температура.
    Датчики на основі розчинів, що міняють колір при температурному впливі. У цьому типі датчиків-пірометрів застосовується хлорид кобальту, розчин якого має тепловий зв'язок з об'єктом, температуру якого необхідно виміряти. Коефіцієнт поглинання видимого спектру у розчину хлориду кобальту залежить від температури. При зміні температури змінюється величина пройшовшого розчин світла.

    Акустичні
    Акустичні термодатчики - використовуються переважно для вимірювання середніх і високих температур. Акустичний датчик побудований на принципі того, що в залежності від зміни температури, змінюється швидкість поширення звуку в газах. Складається з випромінювача і приймача акустичних хвиль (просторово рознесених). Випромінювач випускає сигнал, який проходить через досліджувану середу, в залежності від температури швидкість сигналу змінюється і приймач після отримання сигналу вираховує цю швидкість.
    Використовуються для визначення температур, які не можна виміряти контактними методами. Також застосовуються в медицині для неінвазивного (без операційного проникнення всередину тіла хворого) вимірювання глибинної температури, наприклад, в онкології. Недоліками таких вимірювань є те, що при дотику вони можуть викликати відповідні фізіологічні реакції, що в свою чергу спричиняє спотворення вимірювання глибинної температури. Крім того, можуть виникати відображення на межі «датчик-тіло», що також здатне викликати похибки.
    П'єзоелектричні
    У датчиках цього типу головним елементів є кварцовий п'єзорезонатор.
    Як відомо п'єезоматеріал змінює свої розміри при впливі струму (прямий п'єзоефект). На цей п'єзоматеріал поперемінно передається напруга різного знаку, від чого він починає коливатися. Це і є п'єзорезонатор. З'ясовано, що частота коливань цього резонатора залежить від температури, це явище і покладено в основу п'єзоелектричного датчика температури.
    На що необхідно звернути увагу при виборі датчиків температури
    Температурний діапазон.
    Чи можна занурювати датчик у вимірюване середовище або об'єкт? Якщо розташування всередині середовища неприпустимо, то варто вибирати акустичні термометри і пірометри.
    Які умови вимірювань!? Якщо використовується агресивне середовище, то необхідно використовувати або датчики в корозійнозахищених корпусах, або використовувати безконтактні датчики. Крім того, необхідно передбачити інші умови: вологість, тиск і тд.
    Як довго датчик повинен буде працювати без заміни та калібрування. Деякі типи датчиків володіють відносно низькою довготривалої стабільністю, наприклад термістори.
    Який вихідний сигнал необхідний. Деякі датчики видають вихідний сигнал у величині струму, а деякі автоматично перераховують його в градуси.
    Інші технічні параметри, такі як: час спрацьовування, напруга живлення, дозвіл датчиків і похибка. Для напівпровідникових датчиків, важливим також являє тип корпусу.
     
  2. Zamastak

    Zamastak Майстер

    Повідомлення:
    51
    Симпатії:
    27
    Адреса:
    Одесса
    :mltk:
     

Поділитися цією сторінкою