Kuris temperatūros jutiklis yra geresnis, jutiklio pasirinkimo kriterijai

Jei tai yra pirmas kartas, kai kyla klausimas dėl temperatūros matavimo jutiklio pasirinkimo, tada pigių ir patikimų jutiklių pasirinkimas gali būti aktuali jūsų problema.

Visų pirma, būtina išsiaiškinti šią informaciją: numatomą matavimų temperatūros diapazoną, reikiamą tikslumą, ar jutiklis bus įrengtas terpės viduje (jei jo nebus, bus reikalingas radiacijos termometras), sąlygos laikomos normaliomis ar agresyviomis, ar svarbu periodiškai išardyti jutiklį, ir galiausiai, ar tai būtina gradacija laipsniais arba priimtina priimti signalą, kuris vėliau bus paverčiamas temperatūros verte.

Tai nėra tuščios eigos klausimai, į kuriuos atsakant vartotojas gauna galimybę pasirinkti sau tinkamesnį temperatūros jutiklį, su kuriuo jo įranga veiks geriausiai. Žinoma, neįmanoma paprasčiausiai ir nedviprasmiškai atsakyti į klausimą, kuris temperatūros jutiklis yra geresnis, pasirinkimas lieka vartotojui, prieš tai susipažinus su kiekvieno tipo jutiklių ypatybėmis.

Čia pateiksime trumpą trijų pagrindinių temperatūros jutiklių tipų (labiausiai paplitusių) apžvalgą: varžos termometrą, termistorių arba termoelementą. Tuo tarpu vartotojui svarbu iš karto suprasti, kad gautų temperatūros duomenų tikslumas priklauso ir nuo jutiklio, ir nuo signalo keitiklio - tiek pirminis jutiklis, tiek keitiklis prisideda prie neapibrėžtumo.

Kartais, rinkdamiesi įrenginius, jie kreipia dėmesį tik į keitiklio savybes, pamiršdami, kad skirtingi jutikliai suteiks skirtingus papildomus komponentus (priklausomai nuo pasirinkto jutiklio tipo), į kuriuos reikės atsižvelgti gaunant duomenis.

Atsparumo termometrai - jei jums reikia didelio tikslumo

Šiuo atveju jutimo elementas yra plėvelė arba vielos rezistorius, žinomas kaip atsparumas temperatūrai, įdėtas į keramikos ar metalo korpusą. Populiariausi yra platina (aukštos temperatūros koeficientas), tačiau taip pat naudojamas nikelis ir varis. Atsparumo termometrams diapazonus ir nuokrypius, taip pat standartines atsparumo temperatūrai priklausomybes nuo temperatūros galima rasti skaitant GOST 6651-2009.

Šio tipo termometrų pranašumas yra platus temperatūrų diapazonas, didelis stabilumas, geras keičiamumas. Ypač atsparūs vibracijai, platinos plėvelės atsparumo termometrai, tačiau jie jau turi darbinį diapazoną.

Sandarūs TS elementai gaminami kaip atskiri jautrūs elementai miniatiūriniams jutikliams, tačiau tiek pasipriešinimo termometrai, tiek jutikliai pasižymi vienu santykiniu minusu - norint juos naudoti, reikia trijų ar keturių laidų sistemos, tada matavimai bus tikslūs.

Ir vis dėlto sandarinimo dėžutės glazūra turėtų būti tinkama pasirinktoms sąlygoms, kad temperatūros svyravimai nesugadintų jutiklio sandarinimo sluoksnio. Standartinis platinos termometrų tolerancija yra ne didesnė kaip 0,1 ° C, tačiau norint pasiekti 0,01 ° C tikslumą, įmanoma atlikti atskirą gradaciją.

Etaloniniai platinos termometrai (GOST R 51233-98) yra didesnio tikslumo, jų tikslumas siekia 0,002 ° C, tačiau su jais reikia elgtis atsargiai, nes jie negali pakęsti drebėjimo. Be to, jų kaina yra dešimt kartų didesnė nei standartinių atsparumo platinai termometrų.

Matuojant kriogeninę temperatūrą tinka geležies ir rodžio atsparumo termometras. Nenormali lydinio priklausomybė nuo temperatūros ir žemo TCR leidžia tokiam termometrui veikti nuo 0,5 K iki 500 K, o stabilumas esant 20 K pasiekia 0,15 mK / metus.

Struktūriškai jautrus varžos termometro elementas yra keturi spiralės gabalai, išdėstyti aplink aliuminio oksido vamzdelį, padengti grynais aliuminio oksido milteliais. Posūkiai yra izoliuoti vienas nuo kito, o pati spiralė iš principo yra atspari vibracijai. Sandarinimas specialiai pasirinkta glazūra arba cementu, kurio pagrindas yra tas pats aliuminio oksidas. Paprastai vielos elementų diapazonas yra nuo -196 ° C iki +660 ° C.

Antroji elemento versija (brangesnė, naudojama branduoliniuose objektuose) yra tuščiavidurė struktūra, pasižyminti labai dideliu parametrų stabilumu. Elementas suvyniotas ant metalinio cilindro, baliono paviršius padengtas aliuminio oksido sluoksniu. Pats cilindras pagamintas iš specialaus metalo, kurio šilumos plėtimosi koeficientas yra panašus į platinos. Tuščiavidurių elementų termometrai kainuoja labai brangiai.

Trečias variantas yra plonasluoksnis elementas. Ant keramikos pagrindo uždedamas plonas platinos sluoksnis (maždaug 0,01 mikrono), kuris yra padengtas stiklu arba epoksidine plėvele.

Tai yra pigiausias atsparumo termometrų elementas. Mažas dydis ir lengvas svoris - pagrindinis plonasluoksnio elemento pranašumas. Tokie jutikliai turi didelę varžą - apie 1 kΩ, o tai paneigia dviejų laidų jungties problemą. Tačiau plonų elementų stabilumas yra prastesnis nei vielos. Tipiškas plėvelės elementų diapazonas yra nuo -50 ° C iki +600 ° C.

Spirale, pagaminta iš platinos vielos, padengtos stiklu, yra labai brangaus vielos atsparumo termometro pasirinkimas, kuris yra ypač gerai užsandarintas, atsparus aukštai drėgmei, tačiau temperatūros diapazonas yra gana siauras.

Termoelementai - aukštai temperatūrai matuoti

Termoelemento veikimo principą 1822 m. Atrado Thomasas Seebeckas, jį galima apibūdinti taip: homogeninės medžiagos laidininkuose su laisvojo įkrovimo nešikliais, įkaitinus vieną iš matavimo kontaktų, pasirodys emf. Arba taip: uždaroje skirtingų medžiagų grandinėje, esant temperatūrų skirtumui tarp sankryžų, susidaro srovė.

Antroji formuluotė suteikia tikslesnį supratimą. termoelemento principas, o pirmasis atspindi pačią termoelektros generavimo esmę ir nurodo tikslumo apribojimus, susijusius su termoelektriniu heterogeniškumu: per visą termoelektrodo ilgį lemiamas veiksnys yra temperatūros gradientas, todėl panardinimas į terpę kalibravimo metu turėtų būti toks pat, kaip būsimojo darbo metu. jutiklio padėtis.

Termoelementai teikia plačiausią darbinės temperatūros diapazoną ir, svarbiausia, turi aukščiausią visų tipų kontaktinių temperatūros jutiklių darbinę temperatūrą. Sankryža gali būti įžeminta arba glaudžiai susijusi su tiriamu objektu. Paprastas, patikimas, patvarus - tai yra jutiklis, pagrįstas termopora. Termoelementų diapazonus ir tolerancijas, termoelektrinius parametrus galima rasti perskaičius GOST R 8.585-2001.

Termoelementai taip pat turi keletą unikalių trūkumų:

• termoelektrinė galia yra netiesinė, todėl jiems kyla sunkumų kuriant keitiklius;

• elektrodų medžiagą reikia gerai sandarinti dėl jų cheminio inertiškumo, nes jie yra pažeidžiami agresyvios aplinkos;

• termoelektrinis nevienalytis dėl korozijos ar kitų cheminių procesų, dėl kurių sudėtis šiek tiek keičiasi, verčia pakeisti kalibravimą; didelis laidininkų ilgis sukelia antenos efektą ir daro termoporą jautrų EM laukams;

• Keitiklio izoliacijos kokybė tampa labai svarbiu aspektu, jei reikia mažos inercijos iš termoelemento su įžeminta jungtimi.

Tauriųjų metalų termoporos (PP-platina-rodis-platina, PR-platina-rodis-platina-rodis) pasižymi didžiausiu tikslumu, mažiausiu termoelektriniu heterogeniškumu nei netauriųjų metalų termoelementai. Šie termoelementai yra atsparūs oksidacijai, todėl pasižymi dideliu stabilumu.

Temperatūroje iki 50 ° C jie praktiškai suteikia 0 išėjimo galią, todėl nereikia stebėti šaltų sankryžų temperatūros. Kaina yra didelė, jautrumas mažas - 10 μV / K esant 1000 ° C. Nehomogeniškumas esant 1100 ° С - maždaug 0,25 ° С. Užteršimas ir elektrodų oksidacija sukuria nestabilumą (rodis oksiduojasi esant 500–900 ° C temperatūrai), todėl elektrinis nehomogeniškumas vis tiek išlieka. Grynų metalų (platinos-paladžio, platinos-aukso) poros pasižymi geresniu stabilumu.

Termoelementai, plačiai naudojami pramonėje, dažnai gaminami iš netauriųjų metalų. Jie yra nebrangūs ir atsparūs vibracijai. Ypač patogūs yra elektrodai, užsandarinti kabeliu su mineraline izoliacija - juos galima montuoti sudėtingose ​​vietose. Termoelementai yra labai jautrūs, tačiau termoelektrinis nevienalytiškumas yra pigių modelių trūkumas - paklaida gali siekti 5 ° C.

Periodiškas įrangos kalibravimas laboratorijoje yra beprasmis, naudingiau patikrinti termoporą montavimo vietoje. Labiausiai termoelektriškai nevienalytės poros yra nisilis / nichrosilas. Pagrindinis neapibrėžtumo komponentas yra atsižvelgiant į šalčio sankryžos temperatūrą.

Aukštos 2500 ° C temperatūros matuojamos volframo-renio termoelementais. Svarbu pašalinti oksiduojančius veiksnius, dėl kurių jie naudojasi specialiais hermetiškais inertinių dujų gaubtais, taip pat molibdeno ir tantalo dangčiais su izoliacija magnio oksidu ir berilio oksidu. Ir, be abejo, pati svarbiausia volframo-renio taikymo sritis yra branduolinės energijos termoelementai neutronų srauto sąlygomis.

Termoporams, žinoma, nereikės trijų ar keturių laidų sistemos, tačiau reikės naudoti kompensacinius ir ilginamuosius laidus, kurie leis signalą perduoti 100 metrų atstumu į matavimo įrangą su minimaliomis paklaidomis.

Ilginamieji laidai yra pagaminti iš to paties metalo kaip ir termopora, o tauriųjų metalų termoporams (už platiną) naudojami kompensaciniai (variniai) laidai. Kompensaciniai laidai taps neapibrėžtumo laipsniu, lygiu 1-2 ° C, esant dideliam temperatūrų skirtumui, tačiau kompensaciniams laidams yra standartas IEC 60584-3.

Termistoriai - skirti mažiems temperatūros diapazonams ir specialiems tikslams

Termistoriai Tai yra savotiški atsparumo termometrai, bet ne vieliniai, o sukepinti daugiafazių struktūrų pavidalu, remiantis mišriu pereinamųjų metalų oksidu. Pagrindinis jų pranašumas yra mažas dydis, įvairių formų įvairovė, maža inercija, maža kaina.

Termistorių atsparumo temperatūrai yra neigiamas (NTC) arba teigiamas (PTC). Dažniausiai NTC, o RTS yra naudojami labai siauriems temperatūros diapazonams (laipsnių vienetais) stebėjimo ir aliarmo sistemose. Geriausias termistorių stabilumas yra diapazone nuo 0 iki 100 ° C.

Termistoriai yra disko formos (iki 18 mm), rutuliuko (iki 1 mm), plėvelės (storis iki 0,01 mm), cilindro formos (iki 40 mm). Maži termistoriniai jutikliai leidžia tyrėjams išmatuoti temperatūrą net ląstelių ir kraujagyslių viduje.

Termistoriai yra reikalingi matuojant žemą temperatūrą dėl jų santykinio nejautrumo magnetiniams laukams. Kai kurių tipų termistorių darbinė temperatūra yra iki minus 100 ° C.

Iš esmės termistoriai yra sudėtingos daugiafazės struktūros, sukepintos ore iš granuliuotų nitratų ir metalų oksidų apie 1200 ° C temperatūroje. Stabiliausi esant žemesnei nei 250 ° C temperatūrai yra NTC termistoriai, pagaminti iš nikelio ir magnio oksidų arba nikelio, magnio ir kobalto.

Savitasis termistoriaus laidumas priklauso nuo jo cheminės sudėties, oksidacijos laipsnio, nuo priedų metalų pavidalu, pavyzdžiui, natrio ar ličio.

Ant dviejų platinos gnybtų uždedami mažyčiai karoliukų termistoriai, po to padengti stiklu.Disko termistoriams laidai yra lituojami prie disko platinos.

Termistorių varža yra didesnė nei atsparumo termometrams, paprastai jis svyruoja nuo 1 iki 30 kOhm, todėl čia tinka dviejų laidų sistema. Varžos priklausomybė nuo temperatūros yra beveik eksponentinė.

Diskinius termistorius geriausia pakeisti 0–70 ° C diapazone, esant 0,05 ° C paklaidai. Karoliukas - kiekvienam atvejui reikia atskirai kalibruoti keitiklį. Termistoriai graduojami skystuose termostatuose, palyginant jų parametrus su idealiu atsparumo platinai termometru 20 ° C laipsniais nuo 0 iki 100 ° C. Taigi pasiekiama ne didesnė kaip 5 mK paklaida.