Hőmérséklet-érzékelők. Második rész termisztor

A cikk első részében röviden beszéltünk különböző hőmérsékleti skálák története és feltalálóik, Fahrenheit, Reaumur, Celsius és Kelvin. Most érdemes megismerkedni a hőmérséklet-érzékelőkkel, működésük elveivel, az érzékelőktől származó adatok fogadására szolgáló eszközökkel.

A hőmérsékletmérés aránya a technológiai mérésekben

A modern ipari termelésben sokféle fizikai mennyiséget mérnek. Ezek közül a tömeg- és térfogatáram 15%, a folyadékok szintje 5%, az idő legfeljebb 4%, a nyomás körülbelül 10%, és így tovább. De a hőmérsékletmérés a műszaki mérések teljes számának csaknem 50% -a.

Ilyen magas százalékot érhet el a mérési pontok száma. Tehát egy közepes méretű atomerőműben a hőmérsékletet körülbelül 1500 ponton lehet mérni, és egy nagy vegyipari üzemnél ez a szám eléri a húsz vagy annál több ezelt.

Ez a mennyiség nemcsak a mérőműszerek széles skáláját és következésképpen a primer átalakítók és hőmérséklet-érzékelők sokaságát jelzi, hanem a hőmérsékleti mérőműszerek pontosságára, sebességére, zajállóságára és megbízhatóságára vonatkozó folyamatosan növekvő igényeket is.

A hőmérséklet-érzékelők fő típusai, a működés elve

A modern gyártásban alkalmazott szinte az összes hőmérséklet-érzékelő azt az elvet használja, hogy a mért hőmérsékletet elektromos jelekké alakítsa. Az ilyen átalakítás azon a tényen alapszik, hogy nagy sebességgel, nagy távolságokon továbbítható az elektromos jel, miközben bármilyen fizikai mennyiség elektromos jelekké konvertálható. Digitális kódra konvertálva ezeket a jeleket nagy pontossággal továbbíthatja, és számítógépre történő feldolgozásra is beviheti.

Ellenállás hőelemek

Őket is hívják termisztor. Működési elvük azon a tényen alapszik, hogy az összes vezető és félvezető rendelkezik Hőmérsékleti ellenállási együttható rövidített TCS. Ez nagyjából megegyezik a mindenki számára ismert hőtágulási együtthatóval: hevítéskor a testek tágulnak.

Meg kell jegyezni, hogy minden fémen pozitív TCS van. Más szavakkal, a vezető elektromos ellenállása növekszik a hőmérséklet emelkedésével. Emlékeztethetünk arra a tényre, hogy az izzólámpa a bekapcsoláskor leggyakrabban kiég, míg a tekercs hideg és ellenállása kicsi. Ezért a megnövekedett áram bekapcsolt állapotban van. A félvezetők TCS-je negatív, a hőmérséklet növekedésével az ellenállásuk csökken, de erről kicsit magasabb lesz.

Fém termisztorok

Úgy tűnik, hogy bármilyen vezetőt felhasználhatunk a termisztorok anyagához, azonban a termisztorokra vonatkozó számos követelmény szerint ez nem így van.

Mindenekelőtt a hőmérséklet-érzékelők gyártására szolgáló anyagnak kellően nagy TCS-nek kell lennie, és a hőmérsékleti ellenállás függésének széles hőmérsékleti tartományban meglehetősen lineárisnak kell lennie. Ezenkívül a fémvezetéknek semlegesnek kell lennie a környezeti hatásokkal szemben, és biztosítania kell a tulajdonságok jó reprodukálhatóságát, amely lehetővé teszi az érzékelők cseréjét anélkül, hogy a mérőberendezés egészének különféle finomításait igénybe vennék.

Mindezen tulajdonságok tekintetében a platina szinte ideális (kivéve a magas árat), valamint a réz. Az ilyen termisztorokat a leírásban réz (TCM-Cu) és platina (TSP-Pt) néven hívják.

A TSP termisztorok -260 - 1100 ° C hőmérsékleti tartományban használhatók.Ha a mért hőmérséklet 0–650 ° C tartományban van, akkor a TSP érzékelők referenciaként és referenciaként használhatók, mivel a kalibrációs karakterisztika instabilitása ebben a tartományban nem haladja meg a 0,001 ° C-ot. A TSP termisztorok hátrányai a konverziós funkció magas költsége és nemlinearitása széles hőmérsékleti tartományban. Ezért a pontos hőmérsékletmérés csak a műszaki adatokban megadott tartományban lehetséges.

A TSM márkájú olcsóbb réztermisztorok, amelyek hőmérsékleti ellenállása nagyon lineáris, elterjedtebb gyakorlatot kaptak. A rézellenállások hiányaként figyelembe lehet venni az alacsony ellenállást és a magas hőmérsékleti ellenállást (könnyű oxidáció). Ezért a réz termisztorok mérési határa nem haladja meg a 180 ° C-ot.

Kétvezetékes vonal szolgál az érzékelők, például a TCM és a TSP csatlakoztatásához, ha az érzékelő távolsága a készüléktől nem haladja meg a 200 mt. Ha ez a távolság nagyobb, akkor háromvezetékes kommunikációs vezetéket használunk, amelyben a harmadik vezetéket a vezeték ellenállásának kompenzálására használjuk. Az ilyen csatlakozási módszereket részletesen bemutatják a TCM vagy TSP érzékelőkkel felszerelt eszközök műszaki leírásai.

A figyelembe vett szenzorok hátránya az alacsony sebesség: az ilyen érzékelők termikus tehetetlensége (időállandó) tíz másodperctől több percig terjed. Igaz, alacsony inerciájú termisztorokat is gyártanak, amelyek időállandója nem haladja meg a másodperc tizedét, amit kis méretük miatt érnek el. Az ilyen termisztorok üvegből készült öntött mikropólusból készülnek. Nagyon stabilak, tömítettek és alacsony tehetetlenségűek. Ezen túlmenően, kis méretekkel, több tíz kilométer ellenállásig képesek ellenállni.

Félvezető termisztorok

Őket gyakran hívják termisztor. A rézhez és a platinához képest nagyobb érzékenységűek és negatív TCS-ek vannak. Ez arra utal, hogy a hőmérséklet emelkedésével ellenállásuk csökken. A TCS termisztorok nagyságrenddel nagyobb, mint a réz és a platina megfelelői. Nagyon kicsi méretek esetén a termisztorok ellenállása elérheti az 1 MΩ-ot is, ami kiküszöböli a csatlakozó vezetékek ellenállásának mérési eredményét.

A hőmérséklet mérésére a KMT márkanév félvezető termisztorait (mangán- és kobalt-oxidokon alapuló), valamint az MMT-t (mangán- és réz-oxidok) használják. A termisztorok konverziós funkciója meglehetősen lineáris a -100 - 200 ° C hőmérsékleti tartományban, a félvezető termisztorok megbízhatósága nagyon magas, a tulajdonságok hosszú ideig stabilak.

Az egyetlen hátrány, hogy a tömeggyártásban nem lehetséges a szükséges jellemzők megfelelő pontosságú reprodukálása. Az egyik példány jelentősen különbözik a másiktól, nagyjából ugyanúgy, mint a tranzisztorok: Úgy tűnik, hogy ugyanabból a csomagból származik, de a nyereség mindenkinek különbözik, nem fog kettőt találni. A paraméterek ilyen szétszórása ahhoz vezet, hogy a termisztor cseréjekor a berendezést újra meg kell állítani.

Leggyakrabban egy hídáramkört használnak az ellenállásos hőátalakítók táplálására, amelyben a híd egy potenciométer segítségével kiegyensúlyozott. Amikor a termisztor ellenállása a hőmérséklet miatt megváltozik, a híd csak a potenciométer elforgatásával kiegyensúlyozható.

Hasonló kézi beállítású sémát mutatnak be oktatási laboratóriumokban. A potenciométer motorjának skáláját közvetlenül hőmérsékleti egységekben kalibrálták. A valódi mérési áramkörökben természetesen minden automatikusan megtörténik.

A cikk következő része a hőelem és a mechanikus expanziós hőmérő használatáról fog beszélni - Hőmérséklet-érzékelők. hőelemek

Boris Aladyshkin, bgv.electricianexp.com

Otthoni automatizálás

Gyakorlati villamosmérnök és elektronika