Sensores de temperatura. Segunda parte Termistores

La primera parte del artículo habló brevemente sobre historia de varias escalas de temperatura y sus inventores Fahrenheit, Reaumur, Celsius y Kelvin. Ahora vale la pena familiarizarse con los sensores de temperatura, los principios de su funcionamiento, los dispositivos para recibir datos de estos sensores.

La proporción de medición de temperatura en mediciones tecnológicas.

En la producción industrial moderna, se miden muchas cantidades físicas diferentes. De estos, el caudal másico y volumétrico es del 15%, el nivel de líquidos es del 5%, el tiempo no es superior al 4%, la presión es de aproximadamente el 10%, y así sucesivamente. Pero la medición de temperatura es casi el 50% del número total de mediciones técnicas.

Se logra un porcentaje tan alto por el número de puntos de medición. Entonces, en una planta de energía nuclear de tamaño mediano, la temperatura se puede medir en aproximadamente 1,500 puntos, y en una planta química grande este número alcanza veinte o más mil.

Tal cantidad indica no solo una amplia variedad de instrumentos de medición y, como consecuencia, una multitud de transductores primarios y sensores de temperatura, sino que también aumenta constantemente las demandas de precisión, velocidad, inmunidad al ruido y confiabilidad de los instrumentos de medición de temperatura.

Los principales tipos de sensores de temperatura, el principio de funcionamiento.

Casi todos los sensores de temperatura utilizados en la producción moderna utilizan el principio de convertir la temperatura medida en señales eléctricas. Tal conversión se basa en el hecho de que es posible transmitir una señal eléctrica a alta velocidad a largas distancias, mientras que cualquier cantidad física se puede convertir en señales eléctricas. Convertidas a código digital, estas señales pueden transmitirse con alta precisión y también ingresarse para su procesamiento en una computadora.

Termopares de resistencia

También se les llama termistores. Su principio de funcionamiento se basa en el hecho de que todos los conductores y semiconductores tienen Coeficiente de resistencia a la temperatura abreviado Tks. Esto es aproximadamente lo mismo que el coeficiente de expansión térmica conocido por todos: cuando se calienta, los cuerpos se expanden.

Cabe señalar que todos los metales tienen un TCS positivo. En otras palabras, la resistencia eléctrica del conductor aumenta al aumentar la temperatura. Aquí podemos recordar el hecho de que las bombillas incandescentes se queman con mayor frecuencia en el momento del encendido, mientras que la bobina está fría y su resistencia es pequeña. De ahí el aumento de corriente cuando se enciende. Los semiconductores tienen un TCS negativo, con el aumento de la temperatura, su resistencia disminuye, pero esto se discutirá un poco más alto.

Termistores de metal

Parece que es posible utilizar cualquier conductor como material para los termistores, sin embargo, una serie de requisitos para los termistores dice que esto no es así.

En primer lugar, el material para la fabricación de sensores de temperatura debe tener un TCS suficientemente grande, y la dependencia de la resistencia a la temperatura debe ser bastante lineal en un amplio rango de temperaturas. Además, el conductor de metal debe ser inerte a las influencias ambientales y garantizar una buena reproducibilidad de las propiedades, lo que permitirá la sustitución de los sensores sin recurrir a varios ajustes del dispositivo de medición en su conjunto.

Para todas estas propiedades, el platino es casi ideal (excepto por el alto precio), así como el cobre. Tales termistores en las descripciones se llaman cobre (TCM-Cu) y platino (TSP-Pt).

Los termistores TSP pueden usarse en el rango de temperatura -260 - 1100 ° C.Si la temperatura medida está en el rango de 0 - 650 ° C, entonces los sensores TSP se pueden usar como referencia y referencia, ya que la inestabilidad de la característica de calibración en este rango no excede 0.001 ° C. Las desventajas de los termistores TSP son el alto costo y la no linealidad de la función de conversión en un amplio rango de temperatura. Por lo tanto, la medición precisa de la temperatura solo es posible en el rango indicado en los datos técnicos.

Los termistores de cobre más baratos de la marca TSM, cuya dependencia de la resistencia a la temperatura es bastante lineal, han ganado una práctica más generalizada. Como falta de resistencias de cobre, se puede considerar la baja resistividad y la resistencia insuficiente a altas temperaturas (oxidación fácil). Por lo tanto, los termistores de cobre tienen un límite de medición de no más de 180 ° C.

Se utiliza una línea de dos cables para conectar sensores como TCM y TSP, si la distancia del sensor desde el dispositivo no supera los 200 m. Si esta distancia es mayor, entonces se usa una línea de comunicación de tres cables, en la cual se usa el tercer cable para compensar la resistencia de los cables conductores. Dichos métodos de conexión se muestran en detalle en las descripciones técnicas de los dispositivos que están equipados con sensores TCM o TSP.

Las desventajas de los sensores considerados son su baja velocidad: la inercia térmica (constante de tiempo) de dichos sensores varía de decenas de segundos a varios minutos. Es cierto que también se fabrican termistores de baja inercia, cuya constante de tiempo no es más de décimas de segundo, lo que se logra debido a sus pequeñas dimensiones. Tales termistores están hechos de microhilo moldeado en una carcasa de vidrio. Son altamente estables, sellados y de baja inercia. Además, con pequeñas dimensiones, tienen una resistencia de hasta varias decenas de kiloohmios.

Termistores Semiconductores

También a menudo se les llama termistores. En comparación con el cobre y el platino, tienen una mayor sensibilidad y TCS negativo. Esto sugiere que con el aumento de la temperatura, su resistencia disminuye. Los termistores TCS son un orden de magnitud mayor que sus contrapartes de cobre y platino. Con dimensiones muy pequeñas, la resistencia de los termistores puede alcanzar hasta 1 MΩ, lo que elimina la influencia en el resultado de la medición de la resistencia de los cables de conexión.

Para medir la temperatura, los más utilizados son los termistores de semiconductores KMT (basados ​​en óxidos de manganeso y cobalto), así como MMT (óxidos de manganeso y cobre). La función de conversión de los termistores es bastante lineal en el rango de temperatura de -100 - 200 ° C, la fiabilidad de los termistores semiconductores es muy alta, las características son estables durante mucho tiempo.

El único inconveniente es que en la producción en masa no es posible reproducir las características necesarias con suficiente precisión. Una instancia es significativamente diferente de la otra, de la misma manera que los transistores: parece ser del mismo paquete, pero la ganancia es diferente para todos, no encontrará dos de los mismos. Tal dispersión de parámetros lleva al hecho de que al reemplazar un termistor, es necesario ajustar el equipo nuevamente.

Muy a menudo, se utiliza un circuito de puente para alimentar los convertidores térmicos de resistencia, en los que el puente se equilibra con un potenciómetro. Cuando la resistencia del termistor cambia debido a la temperatura, el puente solo puede equilibrarse girando el potenciómetro.

Un esquema similar con ajuste manual se utiliza como demostración en laboratorios educativos. El motor del potenciómetro tiene una escala calibrada directamente en unidades de temperatura. En los circuitos de medición reales, por supuesto, todo se hace automáticamente.

La siguiente parte del artículo hablará sobre el uso de termopares y termómetros de expansión mecánica: Sensores de temperatura. Termopares

Boris Aladyshkin, bgv.electricianexp.com

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