Vilken temperatursensor som är bättre, sensorvalskriterier

Om det här är första gången du stöter på frågan om att välja en sensor för att mäta temperaturen, kan det vara ett faktiskt problem för dig att välja en billig och pålitlig sensor.

Först och främst är det nödvändigt att ta reda på följande detaljer: det förväntade temperaturintervallet för mätningar, den erforderliga noggrannheten, om sensorn kommer att vara belägen inne i mediet (om inte, en strålningstermometer kommer att behövas), förhållandena antas normala eller aggressiva, är möjligheten till periodisk demontering av sensorn viktig, och slutligen är det nödvändigt examen är i grader eller det är acceptabelt att ta emot en signal, som sedan omvandlas till ett temperaturvärde.

Det här är inte lediga frågor som svarar på vilken konsumenten får möjlighet att själv välja en mer lämplig temperatursensor som hans utrustning fungerar på bästa sätt. Naturligtvis är det omöjligt att enkelt och entydigt ge ett svar på frågan om vilken temperatursensor som är bättre, återstår valet att göras till konsumenten, först när jag har blivit bekant med funktionerna i varje sensortyp.

Här kommer vi att ge en kort överblick över de tre huvudtyperna av temperatursensorer (de vanligaste): motståndstermometer, termistor eller termoelement. Samtidigt är det viktigt för konsumenten att omedelbart förstå att noggrannheten för de mottagna temperaturdata beror på både sensorn och signalomvandlaren - både primärsensorn och omvandlaren bidrar till osäkerheten.

Ibland, när de väljer enheter, uppmärksammar de endast konverterarens egenskaper, och glömmer att olika sensorer ger olika ytterligare komponenter (beroende på vilken typ av sensor som valts), vilket måste beaktas vid mottagande av data.

Motståndstermometrar - om du behöver hög noggrannhet

I detta fall är avkänningselementet en film- eller trådmotstånd, med ett känt beroende av motståndet på temperaturen, placerat i ett keramiskt eller metallhölje. De mest populära är platina (högtemperaturkoefficient), men även nickel och koppar används. Områden och toleranser, såväl som standardberoende av motstånd på temperatur för resistanstermometrar kan hittas genom att läsa GOST 6651-2009.

Fördelen med denna typ av termometrar är ett brett temperaturområde, hög stabilitet, god utbytbarhet. Särskilt motståndskraftiga mot vibrationer, platinafilmbeständiga termometrar, men de har redan ett arbetsområde.

Tätade element i TS tillverkas som separata känsliga element för miniatyrsensorer, men både resistanstermometrar och sensorer kännetecknas av ett relativt minus - de kräver ett tretrådssystem eller fyrtrådssystem för drift, då kommer mätningarna att vara exakta.

Och ändå bör glasuren i tätningskåpan vara lämplig för de valda förhållandena så att temperatursvingningar inte skulle leda till att sensorns tätningsskikt förstörs. Standardtoleransen för platina-termometrar är inte mer än 0,1 ° C, men individuell gradering är möjlig för att uppnå en noggrannhet på 0,01 ° C.

Referensplattintermometrar (GOST R 51233-98) har högre noggrannhet, deras noggrannhet når 0,002 ° C, men de måste hanteras med försiktighet eftersom de inte kan stå skakade. Dessutom är deras kostnader tio gånger högre än standardmätare för platina-motstånd.

En järn-rodiumresistenttermometer är lämplig för mätningar under kryogena temperaturer. Det onormala temperaturberoendet hos legeringen och den låga TCR tillåter en sådan termometer att arbeta vid temperaturer från 0,5 K till 500 K, och stabiliteten vid 20 K når 0,15 mK / år.

Det strukturellt känsliga elementet i resistanstermometern är fyra spiralbitar som ligger runt ett aluminiumoxidrör täckt med rent aluminiumoxidpulver. Vändningarna är isolerade från varandra, och själva spiralen är i princip vibrationssäker. Tätning med speciellt utvald glasyr eller cement baserat på samma aluminiumoxid. Ett typiskt intervall för trådelement är från -196 ° C till +660 ° C.

Den andra versionen av elementet (dyrare, används vid kärnkraftsanläggningar) är en ihålig struktur, kännetecknad av mycket hög parameterstabilitet. Ett element lindas på en metallcylinder, varvid ytan på cylindern täcks med ett lager aluminiumoxid. Cylindern i sig är tillverkad av en speciell metall som liknar termisk expansionskoefficient som platina. Kostnaden för ihåliga elementtermometrar är mycket hög.

Det tredje alternativet är ett tuntfilmselement. Ett tunt lager platina (i storleksordningen 0,01 mikron) appliceras på det keramiska underlaget, som är belagt på toppen med glas eller epoxi.

Detta är den billigaste typen av element för motståndstermometrar. Liten storlek och lätt vikt - den största fördelen med ett tuntfilmselement. Sådana sensorer har ett högt motstånd på cirka 1 kΩ, vilket negerar problemet med tvåtrådsanslutning. Dock är stabiliteten hos tunna element lägre än tråd. Ett typiskt intervall för filmelement är från -50 ° C till +600 ° C.

En spiral tillverkad av platinatråd belagd med glas är ett alternativ för en mycket dyr trådmotståndsmätare, som är extremt väl tätad, motståndskraftig mot hög luftfuktighet, men temperaturområdet är relativt smalt.

Termoelement - för mätning av höga temperaturer

Funktionen av termoelementet upptäcktes 1822 av Thomas Seebeck, det kan beskrivas på följande sätt: i ledaren av ett homogent material med fria laddningsbärare, när en av mätkontakterna värms upp, kommer en emk att dyka upp. Eller så: i en sluten krets av olika material, under förhållanden med en temperaturskillnad mellan korsningarna, uppstår en ström.

Den andra formuleringen ger en mer exakt förståelse. termoelementprincipmedan den första återspeglar själva kärnan i termoelektricitetsgenerering och indikerar noggrannhetsbegränsningarna förknippade med termoelektrisk heterogenitet: för hela termoelektrodens längd är den avgörande faktorn närvaron av en temperaturgradient, så nedsänkning i mediet under kalibrering bör vara samma som den framtida arbeten sensorposition.

Termoelement ger det bredaste driftstemperaturområdet och, viktigast av allt, har den högsta driftstemperaturen för alla typer av kontakttemperaturgivare. Korsningen kan jordas eller bringas i nära kontakt med det studerade objektet. Enkel, pålitlig, hållbar - det handlar om en sensor baserad på ett termoelement. Områden och toleranser, termoelektriska parametrar för termoelement kan hittas genom att läsa GOST R 8.585-2001.

Termoelement har också några unika nackdelar:

• den termoelektriska kraften är olinjär, vilket skapar svårigheter i utvecklingen av omvandlare för dem;

• materialet i elektroderna behöver god tätning på grund av deras kemiska tröghet, på grund av deras sårbarhet för aggressiva miljöer;

• termoelektrisk heterogenitet på grund av korrosion eller andra kemiska processer, på grund av att sammansättningen förändras något, tvingar att ändra kalibreringen; ledarnas stora längd ger upphov till antennens effekt och gör termoelementet sårbart för EM-fält;

• Sändarens isoleringskvalitet blir en mycket viktig aspekt om låg tröghet krävs från ett termoelement med en jordad korsning.

Termoelement av ädelmetall (PP-platina-rodium-platina, PR-platina-rodium-platina-rodium) kännetecknas av högsta noggrannhet, den minsta termoelektriska heterogeniteten än termoelement av basmetaller. Dessa termoelement är motståndskraftiga mot oxidation, därför har de hög stabilitet.

Vid temperaturer upp till 50 ° C ger de praktiskt taget en effekt på 0, så det finns inget behov av att övervaka temperaturen på kalla korsningar. Kostnaden är hög, känsligheten är låg - 10 μV / K vid 1000 ° C. Inhomogenitet vid 1100 ° С - i området 0,25 ° С. Kontaminering och oxidation av elektroderna skapar instabilitet (rodium oxiderar vid temperaturer från 500 till 900 ° C), och därför uppträder en elektrisk inhomogenitet fortfarande. Par av rena metaller (platina-palladium, platina-guld) har bättre stabilitet.

Termoelement som används ofta i industrin är ofta tillverkade av basmetaller. De är billiga och vibrationsbeständiga. Speciellt praktiska är elektroder tätade med en kabel med mineralisolering - de kan installeras på svåra platser. Termoelement är mycket känsliga, men termoelektrisk heterogenitet är en nackdel med billiga modeller - felet kan nå 5 ° C.

Periodisk kalibrering av utrustning i laboratoriet är meningslös; det är mer användbart att kontrollera termoelementet på installationsplatsen. De mest termoelektriskt inhomogena paren är nisil / nichrosil. Huvudkomponenten i osäkerheten tar hänsyn till temperaturen i den kalla korsningen.

Höga temperaturer i storleksordningen 2500 ° C mäts med volfram-rhenium-termoelement. Det är här viktigt att eliminera oxiderande faktorer, för vilka de tillämpar speciella tätade inertgasöverdrag, liksom till molybden- och tantalöverdrag med isolering med magnesiumoxid och berylliumoxid. Och naturligtvis är det viktigaste användningsområdet för volfram-renium termoelement för kärnenergi under neutronflödesförhållanden.

För termoelement krävs naturligtvis inte ett tretrådigt eller fyrtrådssystem, men det kommer att vara nödvändigt att använda kompensations- och förlängningskablar, vilket gör att signalen kan överföras 100 meter till mätutrustningen med minimala fel.

Förlängningstrådar är tillverkade av samma metall som termoelementet, och kompensations- (koppar) ledningar används för termoelement tillverkade av ädelmetaller (för platina). Kompensationstrådar kommer att bli en källa till osäkerhet i storleksordningen 1-2 ° C med en stor temperaturskillnad, men det finns en IEC 60584-3-standard för kompensationstrådar.

Termistorer - för små temperaturintervall och speciella tillämpningar

termistorer Det är speciella resistomterometrar, men inte trådmätare, men sintrade i form av flerfasiga strukturer, baserade på blandade övergångsmetalloxider. Deras främsta fördel är liten storlek, en mängd olika former, låg tröghet, låg kostnad.

Termistorer har negativ (NTC) eller positiv (PTC) temperaturkonstitutskoefficient. De vanligaste NTC och RTS används för mycket smala temperaturintervall (gradenheter) vid övervakning och larmsystem. Den bästa stabiliteten hos termistorer är i området från 0 till 100 ° C.

Termistorer är i form av skiva (upp till 18 mm), pärla (upp till 1 mm), film (tjocklek upp till 0,01 mm), cylindrisk (upp till 40 mm). Små termistorsensorer tillåter forskare att mäta temperatur även i celler och blodkärl.

Termistorer är främst efterfrågade för att mäta låga temperaturer på grund av deras relativa okänslighet för magnetfält. Vissa typer av termistorer har driftstemperaturer upp till minus 100 ° C.

I grund och botten är termistorer komplexa flerfasstrukturer sintrade vid en temperatur av cirka 1200 ° C i luft från granulära nitrater och metalloxider. De mest stabila vid temperaturer under 250 ° C är NTC-termistorer tillverkade av nickel- och magnesiumoxider eller nickel, magnesium och kobolt.

Den specifika konduktiviteten för en termistor beror på dess kemiska sammansättning, på graden av oxidation, av närvaron av tillsatser i form av metaller som natrium eller litium.

Små pärltermistorer appliceras på två platinaterminaler och beläggs sedan med glas.För skivtermistorer är ledningarna lödda till platinabeläggningen på skivan.

Motståndet hos termistorer är högre än motståndstermometrarna, vanligtvis ligger det i området från 1 till 30 kOhm, så ett tvåtrådssystem är lämpligt här. Motståndets temperaturberoende är nära exponentiellt.

Disktermistorer är bäst utbytbara för ett intervall från 0 till 70 ° C inom ett fel på 0,05 ° C. Pärla - kräver individuell kalibrering av givaren för varje instans. Termistorer är graderade i flytande termostater och jämför sina parametrar med en idealisk platinamotståndstermometer i steg om 20 ° C i området från 0 till 100 ° C. Således uppnås ett fel på högst 5 mK.