Temperatūros jutikliai. Antra dalis Termistoriai

Pirmojoje straipsnio dalyje trumpai kalbėta įvairių temperatūros skalių istorija ir jų išradėjai Fahrenheitas, Reaumuras, Celsijus ir Kelvinas. Dabar verta susipažinti su temperatūros jutikliais, jų veikimo principais, įrenginiais duomenims iš šių jutiklių priimti.

Temperatūros matavimo dalis technologiniuose matavimuose

Šiuolaikinėje pramoninėje gamyboje išmatuojama daugybė skirtingų fizikinių kiekių. Iš jų masės ir tūrio srautas yra 15%, skysčių lygis yra 5%, laikas yra ne didesnis kaip 4%, slėgis yra apie 10% ir pan. Bet temperatūra matuojama beveik 50% viso techninių matavimų skaičiaus.

Toks didelis procentas pasiekiamas išmatuojant taškų skaičių. Taigi, esant vidutiniam atominės elektrinės dydžiui, temperatūra gali būti matuojama maždaug 1500 balų, o didelėje chemijos gamykloje šis skaičius siekia dvidešimt ar daugiau tūkstančių.

Toks kiekis rodo ne tik daugybę matavimo priemonių ir dėl to daugybę pirminių keitiklių bei temperatūros jutiklių, bet ir nuolat didėjančius reikalavimus temperatūros matavimo prietaisų tikslumui, greičiui, atsparumui triukšmui ir patikimumui.

Pagrindiniai temperatūros jutiklių tipai, veikimo principas

Beveik visi šiuolaikinėje gamyboje naudojami temperatūros jutikliai naudoja išmatuotos temperatūros pavertimo elektriniais signalais principą. Tokia konversija pagrįsta tuo, kad galima perduoti elektrinį signalą dideliu greičiu dideliais atstumais, o bet kuriuos fizinius dydžius galima paversti elektriniais signalais. Konvertuoti į skaitmeninį kodą, šie signalai gali būti perduodami labai tiksliai, o taip pat įvedami perdirbti į kompiuterį.

Atsparūs termoelementai

Jie taip pat vadinami termistoriai. Jų veikimo principas grindžiamas tuo, kad visi laidininkai ir puslaidininkiai turi Atsparumo temperatūrai koeficientas sutrumpintai Tks. Tai beveik sutampa su visiems žinomu šiluminio plėtimosi koeficientu: kaitinant kūnai plečiasi.

Reikėtų pažymėti, kad visi metalai turi teigiamą TCS. Kitaip tariant, laidininko elektrinė varža didėja didėjant temperatūrai. Čia galime prisiminti tai, kad kaitrinės lemputės dažniausiai dega įjungimo metu, o ritė yra šalta, o jos varža maža. Taigi padidėjus srovei, kai įjungta. Puslaidininkiai turi neigiamą TCS, kylant temperatūrai, jų varža mažėja, tačiau tai bus aptariama šiek tiek aukščiau.

Metaliniai termistoriai

Atrodytų, kad bet kokį laidininką galima naudoti kaip termistorių medžiagą, tačiau, kaip reikalauja keletas termistorių, teigiama, kad taip nėra.

Visų pirma, temperatūra temperatūros jutikliams gaminti turėtų būti pakankamai didelė TCS, o atsparumo temperatūrai priklausomybė turėtų būti gana tiesinė plačiame temperatūrų diapazone. Be to, metalo laidininkas turi būti inertiškas aplinkos poveikiui ir užtikrinti gerą savybių atkuriamumą, o tai leis pakeisti jutiklius nesiimant įvairių tikslių viso matavimo prietaiso reguliavimo.

Dėl visų šių savybių platina yra beveik ideali (išskyrus didelę kainą), taip pat varis. Tokie termistoriai aprašymuose vadinami variu (TCM-Cu) ir platina (TSP-Pt).

Termistoriai TSP gali būti naudojami temperatūros intervale nuo -260 iki 1100 ° C.Jei išmatuota temperatūra yra nuo 0 iki 650 ° C, tada TSP jutiklius galima naudoti kaip atskaitos ir atskaitos taškus, nes kalibravimo charakteristikų nestabilumas šiame diapazone neviršija 0,001 ° C. TSP termistorių trūkumai yra dideli konvertavimo funkcijos kaštai ir netiesiškumas plačiame temperatūrų diapazone. Todėl tikslus temperatūros matavimas galimas tik techninių duomenų nurodytame diapazone.

Platesnę praktiką įgijo pigesni TSM prekės ženklo variniai termistoriai, kurių atsparumo temperatūrai priklausomybė yra gana tiesinė. Kaip vario rezistorių trūkumą galima laikyti mažą varžą ir nepakankamą atsparumą aukštai temperatūrai (lengvą oksidaciją). Todėl vario termistorių matavimo riba yra ne didesnė kaip 180 ° C.

Jutikliams, tokiems kaip TCM ir TSP, sujungti naudojama dviejų laidų linija, jei jutiklio atstumas nuo įrenginio neviršija 200 m. Jei šis atstumas yra didesnis, naudojama trijų laidų ryšio linija, kurioje trečiasis laidas naudojamas švino laidų atsparumui kompensuoti. Tokie prijungimo būdai yra išsamiai parodyti techniniuose prietaisų, kuriuose yra TCM arba TSP jutikliai, aprašymuose.

Nagrinėjamų jutiklių trūkumai yra nedidelis jų greitis: tokių jutiklių šiluminė inercija (laiko konstanta) svyruoja nuo dešimčių sekundžių iki kelių minučių. Tiesa, gaminami ir žemos inercijos termistoriai, kurių laiko konstanta yra ne didesnė kaip dešimtosios sekundės sekundės, kuri pasiekiama dėl mažų jų matmenų. Tokie termistoriai yra pagaminti iš suformuotos mikrotraumos stikliniame apvalkale. Jie yra labai stabilūs, sandarūs ir mažai inerciški. Be to, mažų matmenų, jie turi atsparumą iki kelių dešimčių kilogramų omų.

Puslaidininkiniai termistoriai

Jie taip pat dažnai vadinami termistoriai. Palyginti su variu ir platina, jie turi didesnį jautrumą ir neigiamą TCS. Tai rodo, kad kylant temperatūrai, jų atsparumas mažėja. TCS termistoriai yra didesnio laipsnio už jų vario ir platinos atitikmenis. Esant labai mažiems matmenims, termistorių varža gali siekti iki 1 MΩ, o tai pašalina jungiamųjų laidų varžos įtaką matavimo rezultatui.

Temperatūrai matuoti dažniausiai naudojami puslaidininkiniai termistoriai KMT (kurių pagrindą sudaro mangano ir kobalto oksidai), taip pat MMT (mangano ir vario oksidai). Termistorių konversijos funkcija yra gana tiesinė temperatūrų diapazone -100 - 200 ° C, puslaidininkinių termistorių patikimumas yra labai didelis, charakteristikos yra stabilios ilgą laiką.

Vienintelis trūkumas yra tas, kad masinės gamybos metu neįmanoma pakankamai tiksliai atkurti reikiamų charakteristikų. Vienas egzempliorius žymiai skiriasi nuo kito, panašiai kaip ir tranzistoriai: atrodo, kad jis yra iš to paties paketo, tačiau pelnas skiriasi kiekvienam, nerasite dviejų tų pačių. Toks parametrų išsibarstymas lemia tai, kad keičiant termistorių, reikia dar kartą sureguliuoti įrangą.

Dažniausiai varžos šilumokaičiams maitinti naudojama tilto grandinė, kurioje tiltas subalansuojamas naudojant potenciometrą. Kai dėl temperatūros keičiasi termistoriaus varža, tiltą galima subalansuoti tik sukant potenciometrą.

Panaši schema su rankiniu reguliavimu naudojama kaip demonstracija švietimo laboratorijose. Potenciometro variklio skalė yra tiesiogiai kalibruojama temperatūros vienetais. Realiai matuojant, žinoma, viskas daroma automatiškai.

Kitoje straipsnio dalyje bus kalbama apie termoporų ir mechaninio išsiplėtimo termometrų naudojimą - Temperatūros jutikliai. Termoelementai

Borisas Aladyshkinas, bgv.electricianexp.com

Namų automatizavimas

Praktinė elektrotechnika ir elektronika