Датчик температуры устройство принцип действия: разновидности, принцип работы, устройство и распиновка разъема

Содержание

разновидности, принцип работы, устройство и распиновка разъема

Датчики измерения температуры используются для контроля веществ в твердом, жидком или газообразном состоянии. В зависимости от целей применения, схема строения прибора будет видоизменяться. Но чтобы выбрать подходящий инструмент необходимо обращать внимание на одни и те же нюансы.

Виды, конструкция и принципы действия

Термопара

Датчик включает в себя две проволоки из разных металлов, спаянных между собой. Для отношения концов друг с другом в зоне постоянной температуры, в конструкцию добавляют удлиняющие провода из двух металлов. Когда на концы проводов действуют разные температуры (например, при помещении датчика в горячую воду), то в цепи появляется электрический ток. Сила возникшего тока (от 40 до 60 мкВ) зависит от используемого материала термопары, который влияет на термоэлектрическую силу прибора.

В практике можно встретить железоникелевые, хромоалюминиевые, медно-константановые и так далее. В дешевых моделях используются неблагородные металлы (аналогичных термоэлектродам) для удлиняющих проводов, а в дорогих – благородные металлы, которые способы развивать аналогичную термо-ЭДС, что и электроды (необходимо для уменьшения стоимости высококлассным приборов).

Термопара относится к датчикам с высокой точностью. Проблемой устройства является сложность получения замеренного значения. Термопара действует по принципу относительности отличия температур между разъемами. Горячий спай помещается в замеряемое вещество, а холодный остается находиться в окружающей среде.

При необходимости использования термопары работа проводится следующим образом. Температуру холодного спая необходимо компенсировать, для чего вторую термопару помещают в среду с известным показателем.

Если используется программный способ компенсации, второй датчик помещается в изометрическую камеру, где находятся холодные спаи, что позволяет контролировать температуру с высокой точностью. Самое сложное в работе с одноконтактной термопарой – снять показатели.

В ГОСТе прописаны коэффициенты, необходимые для перевода ЭДС в показатель температуры и наоборот. Подсчет также может вестись при помощи контроллера.

Но получаемый от термопары показатель ЭДС измеряется в единицах и сотнях микровольт. Поэтому использование аналоговых преобразователей не будет успешным. Для сборки специальной конструкции, цель которой – получение точных результатов, потребуются малошумящие аналоговые преобразователи.

На практике для устранения имеющихся погрешностей используют автоматическое введение поправки на температуру свободных концов. Под этим подразумевают введение моста с плечами в виде медного и манганинового терморезисторов.

Датчик температурыДатчик температуры

Терморезисторы

Терморезисторы делятся по типу зависимости сопротивления от температуры. Они могут быть отрицательными (NTC) или положительными (PTC).

Измерения легче проводить при помощи терморезисторов. Принцип работы построен на сопротивлении материалов внешней температуре. Высокая точность присуща для приборов, изготовленных из платины. На работу терморезисторов влияют две характеристики.

Первая – базовое сопротивление, второе – температура, при которой оно определяется. ГОСТ устанавливает, что определение должно проходить при 0 градусов по Цельсию. В нормативном документе указывается, что рекомендуется использовать несколько номиналов сопротивлений, определяемых в Омах, а также температуры, что позволит сопоставить результаты при 0°С и другом показателе. Для этого используется следующая формула:

Ткс = (Re – R0c) / (Te – T0c) *1/R0c

ТерморезисторыТерморезисторы

Температурный коэффициент будет изменяться в зависимости от используемого материала для термометров, что отражено в ГОСТе. В нормативном документе также указываются коэффициенты полинома, необходимые для расчета в зависимости от текущего сопротивления.

Термометры сопротивления обладают одним минусом – низкий температурный коэффициент сопротивления. Несмотря на этот нюанс, использование терморезисторов проще по сравнению с принципом работы термопары.

Способы измерения будут зависеть от комплектации модели. Базовые терморезисторы необходимо включать в цепь с источником тока и контролируемого дифференциального напряжения. Чтобы корректно определить доли единицы процента получаемых от температурного коэффициента проводников, лучше использовать аналого-цифровые преобразователи.

Если в датчик уже встроен аналоговый выход, соответствующий питаемому напряжению, то для оцифровывания можно напрямую подключать терморезистор к преобразователю

ТерморезисторТерморезистор

Комбинированные

Комбинированные датчики включают в себя несколько полупроводников, объединенных в единое устройство. Датчики могут иметь встроенный цифровой интерфейс, а не только интегральные схемы с выходом. Часто используется комбинированный датчик благодаря возможности подключения параллельных устройств. Погрешность при расчете температуры равна 2 °С, а при определении влажности – 5%. Проблема в таком датчике одна – оптимизация интерфейса.

Комбинированные датчики температурыКомбинированные датчики температуры

Цифровые

В цифровых датчиках устанавливается трехвыводная микросхема. Показатели считываются с нескольких параллельно работающих датчиков, что позволяет получить показания с точностью 0,5 °С. Работа электронного термометра возможна от -55 до +125 °С. Единственным минусом устройства является скорость получения результатов – 750 секунд для получения максимально точного показателя. Определение точности прибора осуществляется при помощи соответствующих регулировок, которые необходимы для уменьшения количества затрачиваемого времени на получение результата. Опрос датчика не имеет смысла, так как корпус является инерционным.

Цифровые датчикиЦифровые датчики

Бесконтактные

Работа датчика основана на нагревании тонкой пленки, что осуществляется благодаря воздействию инфракрасных лучей. Встретить подобную технологию можно в пирометрических устройствах. В отличии от контактного, получить данные можно на расстоянии.

Кварцевые преобразователи температуры

Если диапазон изменяемых температур превышает стандартные значения и достигает отметки от -80 до +250°С, то используются кварцевые преобразователи. Такие устройства работают на принципе взаимодействия кварца и температуры, отражаемого частотной зависимостью. Преобразователь имеет несколько функций, которые меняются в зависимости от расположения среза по осям кристалла.

Кварцевые датчики отличаются высокой точностью, стабильностью и разрешением. Являются более перспективными способами измерения температуры. Часто можно встретить в цифровых термометрах.

Кварцевые преобразователи температурыКварцевые преобразователи температуры

Шумовые

Шумовой датчик служит для получения показателей по принципу разности потенциалов на резисторе, которые меняются в зависимости от температуры. На практике подобный способ измерения имеет условие – одна из температур должна быть известна, а вторая — измеряемая. Два полученных шума от различных температур сравнивают и находят искомое значение.

Работа датчика возможна от -270 до +1100 °С. Из преимуществ отмечается возможность измерения температур в термодинамике. Но минусом является сложность реализации такого способа измерения напряжения шумом из-за наличия различий с шумом усилителя.

Шумовой датчикШумовой датчик

Ядерного квадрупольного резонанса

Принцип работы биметаллического термометра основывается на действии градиента поля тока решетки кристалла и момента ядра, вызванного отклонением заряда от симметрии сферы. При помощи такого процесса создается процессия ядер. Частота напрямую зависит от градиента поля решетки. В зависимости от вещества, величина показателя может подниматься до нескольких тысяч МГц. Чем выше температура, тем меньше частота ЯКР.

ЯКР образует ампулу с веществом, которая помещается в обмотку индуктивности для дальнейшего соединения с контуром генератора. Если частота генератора и частота ЯКР совпадают, то исходящая от генератора энергия поглощается. При измерении вещества с температурой -263°С погрешность составляет 0,02 градуса, а при температуре 27°С, погрешность равна 0,002 градуса. Из преимуществ датчика выделяют неизменную стабильность. Минусом является значительная нелинейность преобразующей функции.

Ядерного квадрупольного резонансаЯдерного квадрупольного резонанса

Объемные преобразователи

Принцип работы иного рода биметаллического термометра построен на свойстве веществ расширяться и сжиматься в зависимости от действующей температуры. Диапазон действия преобразователя определяется в зависимости от стабильности материала. Датчик может использоваться при температурах от -60 до +400°С. Погрешность составит от 1 до 5%.

При определении температуры датчиками на жидкости погрешность падает до 1-3% в зависимости от температурной среды. Температура закипания и замерзания жидкости также будет влиять на интервал работы датчика.

Если датчик измеряет преобразователи на газе, то граница измерения зависит от точки перехода газа в жидкое состояние и стойкостью баллона в воздействующей температуре.

Объемные преобразователиОбъемные преобразователи

Канальный

Все цифровые термометры относятся к канальным, так как для передачи сигналов они используют каналы. В зависимости от количества таких “магистралей” определяется канальность устройства. Так термометр Testo 925 относится к 1-канальным, в основе работы лежит термопара, как и у термометра Testo 735-2 – 3-канального. А Testo 810 – 2-канальный прибор с инфракрасным термометром.

Канальный датчикКанальный датчик

Параметры выбора

Чтобы осуществить корректный выбор подходящего термометра, необходимо определить несколько условий, которые должны соответствовать для комфортной работы прибором.

Диапазон рабочей температуры

Необходимо знать, в каких температурах будет задействован термометр. Также нужно определить, какая погрешность будет приемлемой при получении результатов. Если диапазон температур небольшой, то подойдут термисторы. В самых суровых условиях работоспособны преимущественно шумовые приборы.

Условия проведения замеров

Возможно ли поместить термометр в среду или материал, который нужно заменить. Если нет, то получить данные можно при помощи радиационных термометров, которые замеряют температуру сквозь препятствия.

Диапазон рабочей температурыДиапазон рабочей температуры

Время работы до калибровки или замены

Установить условия работы датчика. Окружающая обстановка может быть стандартной, с высокой влажность, окислительной, пожароопасной и так далее.

Величина сигнала выхода

Сигнал выхода должен соответствовать возможностям электроизмерительных приборов для дальнейшей обработки получаемых данных. Зависит это от полученных показателей температуры, преобразуемых в энергию.

Другие технические данные

Также при определении подходящего типа датчика температуры необходимо обращать внимание на второстепенные факторы. Эти нюансы позволяют выбрать самый подходящий аппарат для получения необходимых данных.

Погрешность

Для получения самых точных результатов потребуется большое количество времени. Лучший показатель выдает биметаллический термометр, построенный по принципу ЯКР и цифровые. Первые – быстрее, а вторые – точнее.

Разрешение

Этот показатель позволяет получить от датчика более точные приращениям дискретности измерения температуры. Ярким представителем является DS18B20, который может работать в разрешении 9,10,11 и 12 бит. Самый малый режим даст 0.5°C, а максимальный — 0.0625°C.

Напряжение

На величину выходного напряжения будет влиять сопротивление резистора. В зависимости от этого напряжение может быть линейным (изменяться в зависимости от температуры) и нелинейным. Для каждого датчика существуют свои эталонные величины на выводах термометра, который зависит от температуры измеряемого объекта.

Датчик температурыДатчик температуры

Время сработки

Показатель отвечает за скорость получения результатов замера. Как правило, быстрые замеры можно получить, имея крупную погрешность. Для устранения этого недостатка потребуется пренебречь временем сработки и увеличить его до необходимого показателя точности.

Промышленные термодатчики и сенсоры

Кроме стандартных бытовых термодатчиков бывают промышленные, которые используются исключительно на специальных объектах. Их распространение направлено на определенную группу лиц из-за избыточных возможностей, которые требуются только на производстве. Некоторые из них способны работать в различных нетрадиционных средах и суровых условиях. Выбор подходящих типов осуществляется тем же образом, что и для подбора бытовых датчиков.

Датчик температурыДатчик температуры

Применение

Стоит понимать, что каждый из типов датчиков создан для использования в специальных условиях. Практически во всех сферах производства и жизни требуется знать температуру. Так применять термисторы необходимо для получения абсолютных показателей, для сбора показателей в помещениях – шумовые, для получения максимально точных данных – цифровые и так далее.

Мир датчиков температур охватывает все сферы жизни, где требуется измерение показателей. Это может быть помещение, жидкость или предмет с совершенно различными нюансами. В одних помещениях высокая влажность, в другие нельзя попадать. Аналогичные параллели можно проводить с жидкостями и объектами. При выборе подходящего термометра необходимо обращать внимание на нюансы условий измерения.

Принцип работы датчиков температуры

Принцип работы

Термометры сопротивления (терморезисторы, термосопротивления)

Термометр сопротивления (Resistance Thermometer) — датчик для измерения температуры, принцип действия которого
основан на зависимости электрического сопротивления от температуры.

Термосопротивления могут быть металлические (платина, никель, медь) или полупроводниковые.

Для большинства металлов температурный коэффициент сопротивления положителен — их сопротивление растёт с ростом температуры.
Для полупроводников без примесей он отрицателен — их сопротивление с ростом температуры падает.

Термисторы

Термисторы – это полупроводниковые термосопротивления с большим температурным коэффициентом.

  • PTC-термисторы (Positive Temperature Coefficient), обладают свойством резко
    увеличивать свое сопротивление, когда достигнута заданная температура – широко используются для защиты двигателей
  • NTC-термисторы (Negative Temperature Coefficient), обладают свойством резко
    уменьшать свое сопротивление при достижении заданной температуры
PT100, PT1000

Платиновые термометры сопротивления (Platinum Resistance Thermometers) обладают высокой стойкостью к
окислению и большой точностью измерения.

KTY

Кремниевые терморезисторы с положительным коэффициентом сопротивления, отличаются высокой линейностью характеристики,
высоким быстродействием, надёжной твёрдотельной конструкцией и небольшой стоимостью.

Схемы включения термосопротивления в измерительную цепь

  • 2-х проводная схема используется там, где не требуется высокой точности, так как сопротивление присоединительных
    проводов суммируется с измеренным сопротивлением, что приводит к появлению дополнительной погрешности
  • 3-х проводная схема обеспечивает значительно более точные измерения, т.к. появляется возможность измерить
    сопротивление подводящих проводов и вычесть его из суммарного измеренного сопротивления
  • 4-х проводная схема — наиболее точная схема, обеспечивает полное исключение влияния подводящих проводов
Сравнение термометров сопротивления с термопарами

Преимущества:

  • выше точность и стабильность
  • можно исключить влияние сопротивления присоединительных проводов на результат измерения при использовании 3-х или
    4-х проводной схемы измерений
  • практически линейная характеристика
  • не требуется компенсация холодного спая

Недостатки:

  • малый диапазон измерений
  • не могут измерять высокую температуру.

Термопары

Термопара (Thermocouple) — это два проводника из разных металлов, спаянные в одной точке. Эта точка измерения
температуры называется — рабочий спай. Свободные концы называются холодным спаем.
Если рабочий спай нагреть относительно холодного спая, то между свободными концами возникает напряжение (термо-ЭДС),
пропорциональное разности температур.

Так как с помощью термопары всегда измеряется разность температур, то, чтобы определить температуру точки измерения,
свободные концы у холодного спая должны содержаться при известной неизменной температуре.

Подключение к ПЛК

Холодные концы подключаются (непосредственно или с помощью компенсационных проводов, которые должны быть выполнены из
тех же металлов, что и термопара) к клеммам соответствующего аналогового входа (с соблюдением полярности!) промышленного
контроллера, который программно выполняет компенсацию температуры холодного спая и рассчитывает температуру в точке
измерения.

При внутренней компенсации контроллер использует температуру модуля, к которому подключена термопара.
При более точной внешней компенсации эталонная температура холодного спая измеряется с помощью дополнительного
термометра сопротивления, который подключается к специальному входу контроллера.

Типы термопар
  • K: хромель-алюмель
  • J: железо-константан
  • S, R: платина-платина/родий и др.

Термопары отличаются диапазоном измеряемых температур и погрешностью измерений.

Преимущества термопар
  • Большой температурный диапазон измерения
  • Измерение высоких температур.
Недостатки
  • Невысокая точность
  • Необходимость вносить поправку на температуру холодного конца.

Термостаты

Термостат (Thermostat) – это регулятор, который поддерживает постоянную температуру воздуха или жидкости в
системах отопления, кондиционирования и охлаждения.

виды, устройство, принцип работы термодатчиков

 О чем эта статья

Что такое и какие бывают датчики температуры. Рассмотрена классификация термодатчиков по принципу действия, когда какие типы датчиков лучше применять. На какие характеристики необходимо обратить внимание при выборе датчиков температуры. Обзор производителей и продавцов.

Вы также можете посмотреть другие статьи. Например, «Датчики измерения влажности(гигрометры)» или «Виды давления».

Перейти к выбору и покупке датчиков температуры

Большинство технологических процессов идет сейчас по пути автоматизации. Кроме того, управление многочисленными механизмами и агрегатами, а зачастую и машинами просто немыслимо без точных измерений всевозможных физических величин. Не маловажными являются измерение давления, измерение угловой скорости, а также линейной и многие-многие другие. Но самыми распространенными (около 50%) являются температурные измерения. К примеру, средняя по величине атомная станция располагает приблизительно 1500-ю контрольных (измерительных) точек, а крупное химпроизводство, насчитывает таких уже около 20 тыс.

Так как диапазон измерений и их условия могут сильно отличатся друг от друга, разработаны разные по точности, помехоустойчивости и быстродействию типы датчиков (и первичных преобразователей). Какого бы типа не был температурный датчик, общим для всех является принцип преобразования. А именно: измеряемая температура преобразуется в электрическую величину (как раз за это и отвечает первичный преобразователь). Это обусловлено тем, что электрический сигнал просто передавать на большие расстояния (высокая скорость приема-передачи), легко обрабатывать (высокая точность измерений) и, наконец, быстродействие.

Дальше, предлагаем вам ознакомиться с различными видами датчиков температуры, а в конце статьи со список вопросов которые необходимо решить перед покупкой датчика температуры. Если же вы хотите сразу перейти к выбору и покупке термодатчика, можете воспользоваться нашим каталогом.

Виды датчиков температуры, по типу действия

Терморезистивные термодатчики

Терморезистивные термодатчики — основаны на принципе изменения электрического сопротивления (полупроводника или проводника) при изменении температуры. Разработаны они были впервые для океанографических исследований. Основным элементом является терморезистор — элемент изменяющий свое сопротивление в зависимости от температуры окружающей среды.

Несомненные преимущества термодатчиков этого типа это долговременная стабильность, высокая чувствительность, а также простота создания интерфейсных схем.

На изображении приведен датчик 702-101BBB-A00, диапазон измерения которого от -50 до +130 °С. Этот датчик относиться к группе кремневых резистивных датчиках(что это такое читайте двумя абзацами ниже). Обратите внимание, на его размеры. Производит этот датчик фирма Honeywell International

В зависимости от материалов используемых для производства терморезистивных датчиков различают:


  1. Резистивные детекторы температуры(РДТ). Эти датчики состоят из металла, чаще всего платины. В принципе, любой мета изменяет свое сопротивление при воздействии температуры, но используют платину так как она обладает долговременной стабильностью, прочностью и воспроизводимостью характеристик. Для измерений температур более 600 °С может использоваться также вольфрам. Минусом этих датчиков является высокая стоимость и нелинейность характеристик.
  2. Кремневые резистивные датчики. Преимущества этих датчиков —хорошая линейность и высокая долговременная стабильностью. Также эти датчики могут встраиваться прямо в микроструктуры.
  3. Термисторы. Эти датчики изготавливаются из металл-оксидных соединений. Датчики измеряет только абсолютную температуру. Существенным недостатком термисторов является необходимость их калибровки и большой нелинейностью, а также старение, однако при проведении всех необходимых настроек могут использоваться для прецизионных измерений.

Полупроводниковые

В качестве примера изображен полупроводниковый датчик температуры LM75A, выпускаемый фирмой NXP Semiconductors. Диапазон измерений этого датчика от -55 до +150.

Полупроводниковые датчики регистрируют изменение характеристик p-n перехода под влиянием температуры. В качестве термодатчиков могут быть использованы любые диоды или биполярные транзисторы. Пропорциональная зависимость напряжения на транзисторах от абсолютной температуры (в Кельвинах) дает возможность реализовать довольно точный датчик.

Достоинства таких датчиков — простота и низкая стоимость, линейность характеристик, маленькая погрешность. Кроме того, эти датчики можно формировать прямо на кремневой подложке. Все это делает полупроводниковые датчики очень востребованными.

Термоэлектрические(термопары)

Термоэлектрические преобразователи — иначе, термопары. Они действуют по принципу термоэлектрического эффекта, то есть благодаря тому, что в любом замкнутом контуре (из двух разнородных полупроводников или проводников) возникнет электрический ток, в случае если места спаев отличаются по температуре. Так, один конец термопары (рабочий) погружен в среду, а другой (свободный) – нет. Таким образом, получается, что термопары это относительные датчики и выходное напряжение будет зависеть от разности температур двух частей. И почти не будет зависеть от абсолютных их значений.

Выглядеть термопара может так, как показано на рисунке. Это термопара ДТПКХХ4, она измеряет температуры в пределах от -40 до +400. Производит его российская компания Овен.

Диапазон измеряемых с их помощью температур, от -200 до 2200 градусов, и напрямую зависит от используемых в них материалов. Например, термопары из неблагородных металлов – до 1100 °С. Термопары из благородных металлов (платиновая группа) – от 1100 до 1600 градусов. Если необходимо произвести замеры температур свыше этого, используются жаростойкие сплавы (основой служит вольфрам). Как правило используется в комплекте с милливольтметром, а свободный конец (конструктивно выведенный на головку) удален от измеряемой среды с помощью удлиняющего провода. Одним из недостатков термопары является достаточно большая погрешность. Наиболее распространенным способом применения термопар являются электронные термометры.

Пирометры

Пирометры – бесконтактные датчики, регистрирующие излучение исходящее от нагретых тел. Основным достоинством пирометров (в отличие от предыдущих температурных датчиков) является отсутствие необходимости помещать датчик непосредственно в контролируемую среду. В результате такого погружения часто происходит искажение исследуемого температурного поля, не говоря уже о снижении стабильности характеристик самого датчика.

Различают три вида пирометров:


  1. Флуоресцентные. При измерении температуры посредством флуоресцентных датчиков на поверхность объекта, температуру которого необходимо измерить, наносят фосфорные компоненты. Затем объект подвергают воздействию ультрафиолетового импульсного излучения, в результате которого возникает послеизлучение флуоресцентного слоя, свойства которого зависят от температуры. Это излучение детектируется и анализируется.
  2. Интерферометрические. Интерферометрические датчики температуры основаны на сравнении свойств двух лучей – контрольного и пропущенного через среду, параметры которой меняются в зависимости от температуры. Чувствительным элементом этого типа датчиков чаще всего выступает тонкий кремниевый слой, на коэффициент преломления которого, а, соответственно, и на длину пути луча, влияет температура.
  3. Датчики на основе растворов, меняющих цвет при температурном воздействии. В этом типе датчиков-пирометров применяется хлорид кобальта, раствор которого имеет тепловую связь с объектом, температуру которого необходимо измерить. Коэффициент поглощения видимого спектра у раствора хлорида кобальта зависит от температуры. При изменении температуры меняется величина прошедшего через раствор света.

Акустические

Акустические термодатчики – используются преимущественно для измерения средних и высоких температур. Акустический датчик построен на принципе того, что в зависимости от изменения температуры, меняется скорость распространения звука в газах. Состоит из излучателя и приемника акустических волн (пространственно разнесенных). Излучатель испускает сигнал, который проходит через исследуемую среду, в зависимости от температуры скорость сигнала меняется и приемник после получения сигнала считает эту скорость.

Используются для определения температур, которые нельзя измерить контактными методами. Также применяются в медицине для неинвазивных (без операционного проникновения внутрь тела больного) измерения глубинной температуры, например, в онкологии. Недостатками таких измерений является то, что при прикосновении они могут вызывать ответные физиологические реакции, что в свою очередь влечет искажение измерения глубинной температуры. Кроме того, могут возникать отражения на границе «датчик-тело», что также способно вызывать погрешности.

Пьезоэлектрические

В датчиках этого типа главным элементов является кварцевый пьезорезонатор.

Как известно пьезоматериал изменяет свои размеры при воздействии тока(прямой пьезоэффект). На этот пьезоматериал попеременно передается напряжение разного знака, от чего он начинает колебаться. Это и есть пьезорезонатор. Выяснено, что частота колебаний этого резонатора зависит от температуры, это явление и положено в основу пьезоэлектрического датчика температуры.

На что необходимо обратить внимание при выборе датчиков температуры


  1. Температурный диапазон.
  2. Можно ли погружать датчик в измеряемую среду или объект? Если расположение внутри среды недопустимо, то стоит выбирать акустические термометры и пирометры.
  3. Каковы условия измерений!? Если используется агрессивная среда, то необходимо использовать либо датчики в корозийнозащитных корпусах, либо использовать бесконтактные датчики. Кроме того, необходимо предусмотреть другие условия: влажность, давление и тд.
  4. Как долго датчик должен будет работать без замены и калибровки. Некоторые типы датчиков обладают относительно низкой долговременной стабильностью, например термисторы.
  5. Какой выходной сигнал необходим. Некоторые датчики выдают выходной сигнал в величине тока, а некоторые автоматически пересчитывают его в градусы.
  6. Другие технические параметры, такие как: время срабатывания, напряжение питания, разрешение датчиков и погрешность. Для полупроводниковых датчиков, важным также являет тип корпуса.


Производители и продавцы датчиков температуры

В нашем каталоге,  есть достаточно много различных датчиков температур, которые вы можете купить. Эти датчики продают следующие фирмы: NXP Semiconductors, ОВЕН, Texas Instruments, National Semiconductor, Analog Devices, ST Microelectronics, Компэл, Honeywell International.

Опубликована 06-11-11.

Если вам понравилась статья нажмите на одну из кнопок ниже

Датчики температуры. Виды и работа. Как выбрать и применение

Датчики температуры нужны для того, чтобы проконтролировать температуру в помещении, жидкости, твердого объекта или расплавленного металла.

Основой действия температурных датчиков в автоматизированном управлении является изменение температуры в электрический сигнал. Это обуславливает преимущества электрических измерений: результаты легко передавать по сети, скорость передачи может быть достаточно высокой. Величины могут преобразовываться друг в друга и обратно. Цифровой код создает повышенную точность замера, скорость и чувствительность.

Виды и принцип действия
Термопары

Термопара представляет собой две проволоки из разных металлов, спаянных между собой. При разности температур между горячим и холодным концом в цепи возникает электрический ток. Величина этого электрического тока зависит от термоэлектрической силы термопары, составляет от 40 до 60 мкВ, в зависимости от материала термопары. Материал термопары может быть разным. Это могут быть никель-хромовые, хромо-алюминиевые, железо-никелевые, железо-константановые и т.д.

Термопара является высокоточным датчиком температуры, однако эту точность достаточно проблематично снять. Термопара является относительным датчиком температуры, уровень ее напряжения имеет зависимость от температурной разности между спаями. При этом холодный спай находится при комнатной температуре или при какой-либо другой.

Рассмотрим работу термопары ближе. Есть две термопары и две температуры горячего и холодного конца. Соответственно ЭДС зависит от разности температур. Температуру холодного спая необходимо компенсировать. Аппаратным способом компенсации является использование второй термопары, которая помещена в заранее известную температуру.

Программным способом компенсации является использование другого датчика температуры, на этот раз абсолютного, который помещается в изотермическую камеру вместе с холодными спаями и контролирует их температуру с заданной точностью. Имеются трудности снятия данных с термопары.

Во-первых, она нелинейная. В ГОСТе заботливо введены коэффициенты полинома для перевода ЭДС в температуру и обратно. Эти полиномы большого порядка, но ничто не запрещает спокойно их посчитать силами контроллера.

Во-вторых, другая проблема заключается в том, что термо-ЭДС термопары измеряется в единицах и сотнях микровольт. Соответственно, использование широко доступных аналогоцифровых преобразователей приведет к полному провалу. Нужны прецизионные многоразрядные малошумящие аналогоцифровые преобразователи для того, чтобы использовать термопару в своих конструкциях.

Терморезисторы

Гораздо более простым способом измерения стало применение терморезисторов. Они работают на зависимости сопротивления материалов от внешней температуры. Металлические термометры сопротивления, в частности платиновые обладают очень высокой точностью и линейностью. Термометры сопротивления определяются двумя основными характеристиками.

Это базовое сопротивление термометра при определенной температуре. В ГОСТе базовым сопротивлением считается сопротивление при 0 градусах по Цельсию. ГОСТ рекомендует использование нескольких номиналов сопротивлений в Омах и температурный коэффициент, который определяется как разность сопротивлений нашей температуры и при 0 градусов, деленной на нашу температуру и t нуля градусов, умноженную на единицу, деленную на базовое сопротивление.

Ткс = (Re – R0c) / (Te – T0c) *1/R0c

В ГОСТе на терморезисторы вы найдете температурный коэффициент для различных термометров из платины, меди и никеля. Кроме того, там присутствуют коэффициенты полинома для расчета температуры из текущего сопротивления резистора. Одной из проблем термометров сопротивления является очень низкий температурный коэффициент сопротивления. Однако, измерять сопротивление с высокой точностью гораздо проще, чем очень малые значения напряжения в отличие от термопар.

Одним из способов измерения сопротивления является включение нашего термосопротивления в цепь источника тока и измерение дифференциального напряжения. Использование полупроводников даст нам температурный коэффициент доли единицы процента, их гораздо проще измерять с помощью аналогоцифровых преобразователей. Есть интегральные микросхемы датчиков температуры, аналоговый выход которых уже соответствует питаемому напряжению. Такие датчики температуры можно напрямую подключать к аналогоцифровому преобразователю и спокойно оцифровывать его с помощью восьми- или десятибитного АЦП.

Комбинированный датчик

Помимо интегральных схем с выходом, существуют датчики с цифровым интерфейсом. Одним из популярных датчиков является комбинированный датчик температуры и влажности серии SHT1. Этот датчик позволяет измерять температуру с точностью + 2 градуса и влажность с точностью + 5 градусов. Главной проблемой данного датчика температуры является то, что там решили оптимизировать интерфейс. Он позволяет подключать параллельные устройства.

Цифровой датчик

Цифровой датчик температуры DS18B20, который представляет собой трехвыводную микросхему, позволяет с высокой точностью до 0,5 градуса получать температуру с множеством параллельно работающих датчиков. В этом датчике широкий интервал температур от -55 до +125 градусов. Основной его недостаток – медлительность. Вычисления с максимальной точностью он делает за 750 мс. Ввиду инерционности корпуса датчика температуры опрашивать его нет никакого смысла.

Бесконтактные датчики (пирометры)

В этом датчике имеется специальная тонкая пленка, поглощающая инфракрасные излучения, тем самым нагревающаяся. Такие бесконтактные термосенсоры используются в тепловизорах. Там имеется не один тепловой датчик, а матрица. Они позволяют на расстоянии до 3 метров детектировать тепловой объект.

Кварцевые преобразователи температуры

Для того, чтобы измерить температуру в интервале -80 +250 градусов применяют кварцевые преобразователи. Они работают на частотной зависимости кварца от температуры. Действие датчиков происходит на частотной зависимости. Функция преобразователя меняется от расположения среза по осям кристалла.

Кварцевые датчики работают с высокой чувствительностью, разрешением, стабильностью. Эти свойства делают их перспективными в использовании. Они получили большое распространение в цифровых термометрах.

Шумовые датчики температуры

Работа шумовых датчиков заключается на зависимости шумовой разности потенциалов на резисторе от температуры. Практически реализовать способ измерения температуры шумовыми датчиками можно, сделав сравнение шумов 2-х одинаковых резисторов, один находится при определенной температуре, 2-й при измеряемой температуре. Шумовые датчики температуры применяются для температурного интервала -270 -1100 градусов.

Преимуществом шумовых датчиков стала возможность измерения температуры в термодинамике на вышеописанной закономерности. Но это осложнено трудным измерением напряжения шума, так как оно мало и сравнимо с шумом усилителя.

Датчики температуры ЯКР (ядерного квадрупольного резонанса)

Термометры ЯКР работают за счет действия градиента поля тока решетки кристалла и момента ядра, которое вызвано отклонением заряда от симметрии сферы. Это создает процессию ядер. Частота имеет зависимость от градиента поля решетки. Для разных веществ имеет величину до тысяч МГц. Градиент зависит от температуры, с ее возрастанием частота ЯКР уменьшается.

Датчики температуры ЯКР образуют ампулу с веществом, помещенную в обмотку индуктивности, которая соединена с контуром генератора. Когда частота генератора совпадает с частотой ЯКР, то энергия генератора поглощается. Допуск замера температуры -263 градуса равен + 0,02 градуса, а температуры 27 градусов +0,002 градуса. Преимуществом термометров ЯКР становится стабильность, неограниченная по времени, недостатком является значительная нелинейность преобразующей функции.

Объемные преобразователи

Объемные датчики действуют на расширении и сжатии веществ при изменении температуры. Диапазон действия преобразователей определяется, насколько стабильны свойства материалов. Датчиками делают измерения температуры в интервале -60 -400 градусов. Допуск измерения составляет от 1 до 5%. Интервал работы датчика с жидкостью может зависеть от температуры закипания и замерзания. Погрешности измерения датчиков на жидкости от 1 до 3%, определяются температурой среды.

Нижняя граница измерения преобразователей на газе определяется температурой перехода газа в жидкое состояние, верхняя граница – стойкостью баллона к воздействию температуры.

Параметры выбора датчика температуры
  • Диапазон рабочей температуры.
  • Возможность погружения датчика в объект измерения или среду. Если это невозможно, то лучше выбрать пирометр или термометр.
  • Условия проведения замеров. Если нужно измерять в агрессивной среде, то надо выбирать датчик в коррозионностойком корпусе, или бесконтактного типа. Также следует определить наличие давления, влажности и т.д.
  • Время работы датчика до калибровки или замены. Многие датчики не могут долго и стабильно работать (термисторы).
  • Величина сигнала выхода. Существуют датчики температуры, выдающие сигнал по току, или в градусах.
  • Технические данные: погрешность, разрешение, напряжение, время сработки. Для полупроводников важен тип корпуса.
Похожие темы:

Датчики температуры: схемы, виды, устройство

Подобные устройства на сегодняшний день присутствуют в подавляющем большинстве техники. Различные виды датчиков температуры предназначены для измерения данного показателя у какого-либо объекта или вещества. Для вычисления значения применяются различные характеристики целевых тел или среды, в которой они находятся.

Классификация по принципу работы

Все термодатчики подразделяются на шесть основных типов по принципу их действия:

  • пирометрические;
  • пьезоэлектрические;
  • терморезистивные;
  • акустические;
  • термоэлектрические;
  • полупроводниковые.

Общий принцип работы и схема датчиков температуры в каждом случае будет несколько отличаться. Однако у всех вариантов исполнения можно выделить некоторые одинаковые черты. Кроме того, в той или иной ситуации уместно применять именно определенные разновидности термодатчиков.

Датчик температуры воды

Пирометры или тепловизоры

Иначе их можно назвать бесконтактными. Рабочая схема датчика температуры такого типа состоит в том, что они считывают тепло от нагретых тел, на которые наводятся. Положительным моментом для этой разновидности является отсутствие необходимости в непосредственном контакте и приближении к среде измерения. Таким образом специалисты с легкостью устанавливают температурные показатели сильно горячих объектов вне радиуса опасной близости с ними.

Пирометры, в свою очередь, подразделяются на несколько разновидностей, среди которых можно отметить интерферометрические и флуоресцентные, а также датчики, работающие по принципу смены цвета раствора в зависимости от того, какая температура была замерена.

Пьезоэлектрические датчики

В данном случае заложенная в основу схема работы всего лишь одна. Такие устройства функционируют за счет кварцевого пьезорезонатора. Принцип же действия и схема датчика температуры заключаются в следующем. Пьезоэффект, включающий в себя изменение размеров используемого пьезоэлемента, подвергается определенному воздействию электрического тока.

Суть работы достаточна проста. Благодаря попеременной подаче электрического тока с разными фазами, но одинаковой частотой, происходят колебания пьезогенератора, частота которых зависит при этом от конкретной измеренной температуры тела или среды. В результате полученная информация интерпретируется в конкретные значения в градусах Цельсия или Фаренгейта. Подобный тип отличается одной из самых высоких точностей измерения. Кроме того, применяется пьезоэлектрический вариант в тех ситуациях, где требуется долговечность устройства, к примеру, в датчиках температуры воды.

Схема датчика температуры на пьезоэлементах

Термоэлектрические или термопары

Достаточно распространенный способ измерения. Основной принцип работы заключается в возникновении в замкнутых контурах проводников или полупроводников электрического тока. При этом места спайки должны обязательно различаться по температурным показателям. Один конец помещается в ту среду, где нужно произвести замер, а второй служит для снятия показаний. Именно поэтому данный вариант считается выносным датчиком температуры.

Конечно же, не обошлось и без определенных недостатков. Самым значительным из них можно назвать весьма большую погрешность при измерениях. По этой причине такой способ редко применяется на многих технологических производствах, где такой разброс значений попросту недопустим. В качестве примера можно привести датчик для измерения температуры твердых тел «ТСП Метран-246». Его активно используют металлургические компании на производстве для контроля за данным параметром у подшипников. Устройство оборудовано аналоговым выходным сигналом для считывания, а диапазон допустимых измерений находится в пределах от -50 до +120 градусов по Цельсию.

Датчик температуры воды

Терморезистивные датчики

О принципе действия можно судить уже по названию данного типа. Функционирование такого датчика температуры по схеме поддается следующему описанию: измерению подвергается сопротивление проводника. Надежность конструкции сочетается с очень высокой точностью получаемых сведений. Также данные устройства отличаются довольно высокой чувствительностью, что позволяет уменьшить шаг измерений значений, а простота считывающих элементов делает их легкими в эксплуатации.

Для примера можно упомянуть датчик 700-101BAA-B00, имеющий начальное сопротивление в 100 Ом. Его измерительный диапазон находится в пределах от -70 до 500 градусов по Цельсию. Конструкция собрана из никелевых контактов и платиновых пластин. Наиболее широкое применение такой тип получил в промышленных устройствах и самой разнообразной электронике.

Схема датчика температуры на терморезистивности

Акустические датчики

Крайне простые приборы, занимающиеся измерением скорости звука в различных средах. Известно, что этот параметр во многом зависит от температуры. При этом следует учитывать и другие параметры измеряемой среды. В качестве одного из сценариев использования можно назвать измерение температуры воды. Датчик выдает данные, на основе которых можно сделать расчет, для которого также понадобится знать изначальные сведения об измеряемой среде.

Преимуществами такого метода считается возможность использования его в закрытых емкостях. Обычно используется там, где нет прямого доступа к измеряемой среде. Основные сферы-потребители данного способа по вполне закономерным причинам — это медицина и промышленность.

Акустический датчик температуры воды

Полупроводниковые датчики

Принцип функционирования таких устройств заключается в изменении p-n характеристик и их перехода под воздействием температуры. Точность измерения весьма высока. Это обеспечивается постоянством зависимости напряжения на транзисторе от текущей температуры. Кроме того, прибор достаточно дешевый и простой в производстве.

Для примера подобного датчика температуры устройство LM75A может послужить как нельзя лучше. Диапазон измерений составляет от -55 до +150 градусов по Цельсию, а погрешность — не более двух градусов. Обладает также достаточно небольшим шагом порядка 0,125 градуса по Цельсию. Напряжение питания варьируется в пределах от 2,5 до 5,5 В, при этом время преобразования сигнала не превышает одной десятой доли секунды.

Датчики температуры в автомобиле: общая информация. Как устроены температурные датчики: какие они бывают

Температурные датчики – элементы электрических цепей, изменяющие свое сопротивление в зависимости от температуры.

Классификация:

По принципу работы:

Термовыключатели – работают по принципу ключа – при изменении температуры происходит скачкообразное изменение сопротивления:

1. при достижении определённой температуры сопротивление падает с единицы практически до нуля – термовыключатели работающие на замыкание.

2. при достижении определённой температуры сопротивление возрастает с нуля до единицы – термовыключатели работающие на размыкание.

Терморезисторы – меняют свое сопротивление постепенно в зависимости от температуры.

— терморезисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (термисторы или NTC (Negative Temperature Coefficient) ). С увеличением температуры их сопротивление уменьшается.

— терморезисторы с положительным температурным коэффициентом сопротивления (позисторы или PTC (Positive Temperature Coefficient) — позисторы). С увеличением температуры их сопротивление возрастает.

По выполняемой функции:

1. Датчики включения вентилятора.

2. Датчики на температурную стрелку.

3. Датчики на систему впрыска.

Термовыключатели

Термовыключатели устанавливаются на большом круге циркуляции, как правило, на радиаторе охлаждения, либо рядом с ним.

Термовыключатели делятся на два вида:

— включения аварийной индикации

— включения вентилятора охлаждения

Температурные датчики — важные детали системы управления двигателем, участвующие в экономии топлива и уменьшении вредных выбросов. Вместе с другими датчиками, температурные датчики передают электронному блоку управления двигателем (ЭБУ / ECU) данные, необходимые для управления впрыском топлива.

Существует несколько основных типов датчиков:

1. Датчики температуры охлаждающей жидкости. Их функция заключается в измерении температуры охлаждающей жидкости. Эти датчики устанавливаются в малом круге циркуляции охлаждающей жидкости и передают данные напрямую в ЭБУ. Диапазон измеряемых температур колеблется от -40 градусов до + 130 градусов.

2. Датчики температуры входящего воздуха. Устанавливаются на впускном тракте. Эти датчики измеряют температуру поступающего в двигатель воздуха, эти данные, в сочетании с данными, поступающими с датчика расхода воздуха, позволяют ЭБУ более точно рассчитывать массу поступившего в двигатель воздуха. Диапазон измеряемых температур колеблется от -40 градусов до + 120 градусов.

3. Датчики наружной температуры. Функция этих датчиков аналогична функции датчиков температуры входящего воздуха. Отличие заключается в месте установки. Они устанавливаются не во впускном тракте.

В основе конструкции температурного датчика лежит терморезистор – полупроводник, электрическое сопротивление, которого изменяется в зависимости от температуры. По типу изменения сопротивления от температуры выделяют два типа терморезисторов:

— терморезисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (термисторы или NTC (Negative Temperature Coefficient) — термисторы).

— терморезисторы с положительным температурным коэффициентом сопротивления (позисторы или PTC (Positive Temperature Coefficient) — позисторы).

Терморезисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления:

Их сопротивление определяется по формуле:

Rt – сопротивление терморезистора

R25 – сопротивление терморезистора при 25 градусах

B – константа (зависит от свойств материала из которого изготовлен терморезистор)

T – температура терморезистора

Из формулы видно, что чем выше температура, тем меньше сопротивление терморезистора.

График изменения сопротивления позистора в зависимости от температуры:

Устройство автомобильного датчика температуры охлаждающей жидкости:

Connector – электрический разъем для присоединения датчика к электропроводке автомобиля.

Metal body – корпус датчика

Gasket – уплотняющая прокладка

Thermistor — термистор

При неисправности термодатчика нужно проверить состояние разъема и корпуса датчика, при наличии повреждений требуется заменить датчик на новый.

Причины поломки термодатчиков:

— механическое повреждение датчика

— перегрев датчика

Признаки выхода из строя термодатчика:

— повышенный расход топлива

— потеря мощности

— перегрев двигателя

— включение аварийной индикации на приборной панели

— затруднённый запуск двигателя

— увеличение токсичности выхлопных газов

Обслуживание:

Требуется проверять работу температурных датчиков каждые 25000км. В случае нарушения работы датчика его необходимо заменить на новый. В случае с датчиками температуры воздуха необходимо проводить регулярную очистку его от загрязнений, затрудняющих его работу.

Термодатчики охлаждающей жидкости затягиваются с усилием 30-50 Nm. Герметизирующую прокладку нельзя использовать повторно. Каждый раз при монтаже датчика требуется использовать новую прокладку.

 

Датчик температуры: принцип работы, измерения и температурный диапазон

Какие бывают датчики температурыСовременное производство просто немыслимо без автоматизации различных технологических процессов. Начиная от атомной станции и заканчивая автомобилями, везде можно обнаружить элементы автоматического контроля и регулирования необходимых параметров. Давление, угловая и линейная скорости, температура и многие другие параметры необходимо контролировать для более эффективной работы всего производства или машины.

Среди общего многообразия контролируемых параметров около половины занимает измерение и контроль температуры. Причём одной из наиболее важных деталей всей системы является датчик. Исходя из того, что условия и диапазоны температур могут сильно варьироваться, датчики и первичные преобразователи исполняются с различными свойствами и качествами в зависимости от технологических требований.

Сам по себе датчик измерения температуры является устройством, способным получать измеряемую величину и преобразовывать её в сигнал для последующей обработки и регулировании контролирующим прибором. Проще говоря, он является преобразователем одной величины (температуры) в другую величину (электрический ток, сопротивление), которую способен обработать прибор (к примеру, регулятор температуры) и на основании полученных данных выполнить действия, для которых создаётся сам этот прибор. К примеру, при достижении температуры выше заданной прибор может отключить исполнительный механизм для остановки источника (среды) нагрева.

Виды датчиков температуры

Как работают датчики температурыВвиду того что условия и диапазоны измерений для разных задач могут сильно отличаться, а требования к измерению различных температурных параметров быть разными, соответственно, и для выполнения тех или иных задач термопреобразователь должен соответствовать этим условиям и определённым требованиям. Поэтому они могут быть разными и использовать в работе различные свойства материалов. Таким образом, датчики бывают:

  • Полупроводниковые;
  • Терморезистивные;
  • Акустические;
  • Термоэлектрические;
  • Пьезоэлектрические;
  • Пирометры.

Коротко опишем особенности каждого из них, чтобы можно было представлять, в каких случаях необходимо использовать тот или иной прибор.

Полупроводниковые термоэлектрические

Термопреобразователи этого типа востребованы в производствах, так как являются недорогими и довольно точными приборами с низкой погрешностью. Под воздействием температуры такой датчик регистрирует изменения в свойствах p-n перехода. Здесь может использоваться практически любой диод или же биполярный транзистор. Высокая точность полупроводниковых термодатчиков достигается за счёт зависимости напряжения на транзисторе от абсолютной температуры.

Терморезистивные термоэлектрические преобразователи

Как работают термоэлектрические преобразователи - датчики температурыОсновными положительными сторонами подобных термодатчиков является их долговечность, стабильность и высокая чувствительность. Они прекрасно вписываются практически в любую схему.

Работа таких термопреобразователей основывается на изменении сопротивления под действием температуры на проводник или полупроводник. Проще говоря, они содержат в своей конструкции терморезистор, который реагирует на изменение замеряемой среды.

В зависимости от материала, используемого в терморезистивных термодатчиках, их разделяют на:

  1. Кремниевые резистивные, которые отличаются долговременной стабильностью и высокой точностью.
  2. Резистивные детекторы температуры, отличающиеся высокой стабильностью, прочностью и точностью. В основе их работы заложена способность металлов изменять своё сопротивление при воздействии температуры. Чаще в таких датчиках используют платину или медь, а при контроле особо высоких температур — вольфрам. Единственным их недостатком является относительно высокая стоимость.
  3. Работа термисторов основана на использовании металлооксидных соединений. Применяют их лишь для замеров абсолютных температур. Основным из минусов можно выделить необходимость калибровки и недолговечность.

Акустические бесконтактные устройства

Как работают бесконтактные датчикиТакой тип температурного датчика применяется преимущественно для измерения высоких температур. Принцип действия их основан на изменении характеристик звука при различных температурах. Состоит такой термодатчик из приёмника и излучателя. Звук, проходя через исследуемую среду, попадает в приёмник, где фиксируются его параметры, и на их основе определяется температура.

Акустические термодатчики часто используются в медицине и там, где невозможно измерить температуру контактными способами. Одним из основных их недостатков является низкая точность измеряемых температур и высокая погрешность вследствие дополнительных особенностей.

Термоэлектрические датчики

Термоэлектрические датчики, или, проще говоря, термопары отличаются широким спектром измеряемых показателей — от -200 до 2200 градусов Цельсия. При этом их возможности зависят от использованных материалов. Так, термопары из неблагородных металлов позволяют измерять температуру до 1100 °C, с благородными до 1600 °C, а для замера особо высоких терморежимов используются термопары с тугоплавкими металлами типа вольфрама.

Принцип работы термоэлектрических датчиков основан на эффекте Зеебека, т. е. используются спаи разнородных металлов, образующих замкнутый контур, в котором возникает электрический ток, когда места спаев имеют различную температуру. Состоит термопара из двух концов: рабочий и свободный. Первый погружается непосредственно в рабочую среду, а второй нет. Таким образом, возникает разность температур, что отображается в виде выходного напряжения, которое фиксируется мультивольтметром, зачастую входящим в комплект с термоэлектрическим датчиком.

Пьезоэлектрические кварцевые приборы

Датчики измерения температуры - пьезоэлектрическиеПринцип работы датчика температуры пьезоэлектрического основан на использовании кварцевого пьезорезонатора. Используемый в нём пьезоматериал исполняет роль резонатора. Когда на него подаётся электрический ток, то этот материал начинает колебаться при воздействии разных терморежимов, и частота колебаний также изменяется, что и положено в основу пьезоэлектрических датчиков.

Бесконтактные термопреобразователи пирометры

Бесконтактные датчики, способные фиксировать тепловое излучение от нагретых тел, называются пирометрами. Удобство подобных приборов заключается в том, что нет необходимости помещать его непосредственно в среду. Однако без прямого контакта точность их показаний относительно низка, ведь здесь могут присутствовать побочные явления, влияющие на показания.

Существует три типа пирометров:

  1. Как работает пирометр - измерение температурыИнтерферометрические пирометры испускают два луча, которые проходят один через среду, а второй является контрольным. Два этих луча попадают на кремниевый чувствительный элемент, после чего сравнивается преломление и длина лучей, непосредственно зависящие от нагрева среды.
  2. Флуоресцентные термодатчики работают по более сложному принципу: на поверхность, где необходимо замерить количество тепла, наносятся компоненты на основе фосфора. После этого объект подвергается ультрафиолетовому импульсному излучению, в результате чего происходят определённые реакции, а излучение подвергается анализу.
  3. Датчики, которые содержат растворы, способные менять окраску под воздействием температур. Хлорид кобальта, применяемый в подобных пирометрах, при контакте с измеряемой средой способен изменять цветовой спектр в зависимости от степени нагрева. Таким образом, величина света, проходящего через раствор, позволяет измерять необходимые термопараметры.

Правила выбора

Все вышеперечисленные датчики превосходно выполняют свои функции в заданных пределах. Однако нужно понимать, что выбирать и использовать их необходимо исходя из требований в конкретно взятом случае.

Поэтому при выборе того или иного термопреобразователя стоит уделять внимание следующим моментам:

  1. Величина температурного диапазона.
  2. Возможность погрузить датчик в измеряемую среду. Если такая возможность отсутствует, то стоит прибегнуть к помощи пирометров или акустических датчиков.
  3. Условия измерения являются одним из наиболее важных моментов при выборе датчика. Здесь стоит учитывать не только агрессивность среды, но и такие параметры, как: давление, влажность и т. д. Поэтому выбирать стоит либо бесконтактные датчики, либо в коррозиестойких корпусах.
  4. Природа выходного сигнала всегда также должна учитываться. Ведь одни термопреобразователи могут сразу пересчитать сигнал в градусы, а другие выдают его лишь в величине тока.
  5. Некоторые датчики довольно нестабильны и недолговечны, что также стоит брать во внимание. Поэтому если требуется долгая работа без замены и калибровки, то этот нюанс также должен быть учтён.
  6. Нелишним будет при выборе датчика под определённые потребности обращать внимание и на время срабатывания, разрешение и погрешность, рабочее напряжение питания, тип корпуса.

Учтя все вышеперечисленные нюансы, можно подобрать датчик, полностью соответствующий по своим характеристикам в отдельно взятой ситуации и для конкретно поставленных задач.

Типы датчиков температуры и принципы их работы

Температура — это наиболее часто измеряемая величина окружающей среды. Этого можно было ожидать, поскольку на большинство физических, электронных, химических, механических и биологических систем влияет температура. Определенные химические реакции, биологические процессы и даже электронные схемы лучше всего работают в ограниченном диапазоне температур. Температура — одна из наиболее часто измеряемых переменных, поэтому неудивительно, что существует множество способов ее измерения.Измерение температуры может осуществляться либо посредством прямого контакта с источником тепла, либо удаленно, без прямого контакта с источником, используя вместо этого излучаемую энергию. Сегодня на рынке представлен широкий спектр датчиков температуры, включая термопары, датчики температуры сопротивления (RTD), термисторы, инфракрасные и полупроводниковые датчики.

5 типов датчиков температуры

  • Термопара : это тип датчика температуры, который изготавливается путем соединения двух разнородных металлов на одном конце.Присоединенный конец называется ГОРЯЧИМ СОЕДИНЕНИЕМ. Другой конец этих разнородных металлов упоминается как ХОЛОДНЫЙ КОНЕЦ или ХОЛОДНЫЙ СПАС. Холодный спай образуется в последней точке материала термопары. Если есть разница в температуре между горячим и холодным спаями, создается небольшое напряжение. Это напряжение называется ЭДС (электродвижущая сила), и его можно измерить и, в свою очередь, использовать для обозначения температуры.

Thermocouple Thermocouple Термопара

  • RTD — это датчик температуры, сопротивление которого изменяется в зависимости от температуры.Обычно RTD изготавливаются из платины, хотя устройства из никеля или меди не редкость, они могут принимать различные формы, например, проволочную намотку или тонкую пленку. Чтобы измерить сопротивление RTD, подайте постоянный ток, измерьте результирующее напряжение и определите сопротивление RTD. RTD демонстрируют довольно линейное сопротивление температурным кривым в их рабочих областях, и любая нелинейность очень предсказуема и воспроизводима. В оценочной плате PT100 RTD используется RTD для поверхностного монтажа для измерения температуры.Внешний 2-, 3- или 4-проводный датчик PT100 также может использоваться для измерения температуры в удаленных районах. Для смещения RTD используется источник постоянного тока. Чтобы уменьшить саморазогрев из-за рассеивания мощности, величина тока умеренно низкая. Схема, показанная на чертеже, является источник постоянного тока используется опорное напряжение, один усилитель и PNP-транзистор.

Applications of Resistance Detectors measurement Applications of Resistance Detectors measurement

  • Термисторы : Подобно RTD, термистор представляет собой датчик температуры, сопротивление которого изменяется в зависимости от температуры.Однако термисторы изготавливаются из полупроводниковых материалов. Сопротивление определяется таким же образом, как и RTD, но термисторы демонстрируют сильно нелинейную зависимость сопротивления от температуры. Таким образом, в рабочем диапазоне термисторов мы можем увидеть большое изменение сопротивления при очень небольшом изменении температуры. Это делает устройство высокочувствительным, идеально подходящим для приложений уставки.
  • Semiconductor датчики : Они подразделяются на различные типы, такие как выход напряжения, выход тока, цифровой выход, кремниевый выход сопротивления и датчики температуры диодов.Современные полупроводниковые датчики температуры обеспечивают высокую точность и высокую линейность в рабочем диапазоне от 55 ° C до + 150 ° C. Внутренние усилители могут масштабировать выходной сигнал до удобных значений, например 10 мВ / ° C. Они также полезны в схемах компенсации холодного спая для термопар с широким диапазоном температур. Краткие сведения об этом типе датчика температуры приведены ниже.

ИС датчиков

Существует широкий спектр ИС датчиков температуры, которые позволяют упростить самый широкий спектр задач по мониторингу температуры.Эти кремниевые датчики температуры существенно отличаются от вышеупомянутых типов по нескольким важным параметрам. Во-первых, это диапазон рабочих температур. ИС датчика температуры может работать в номинальном диапазоне температур ИС от -55 ° C до + 150 ° C. Второе важное отличие — это функциональность.

Кремниевый датчик температуры представляет собой интегральную схему и, следовательно, может включать в себя обширную схему обработки сигналов в том же корпусе, что и датчик. Нет необходимости добавлять схемы компенсации для датчика температуры ICS.Некоторые из них представляют собой аналоговые схемы с выходом напряжения или тока. Другие комбинируют аналоговые чувствительные схемы с компараторами напряжения для обеспечения функций оповещения. Некоторые другие сенсорные ИС сочетают в себе схему аналогового считывания с цифровыми входами / выходами и регистрами управления, что делает их идеальным решением для микропроцессорных систем.

Цифровой выходной датчик обычно содержит датчик температуры, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), двухпроводной цифровой интерфейс и регистры для управления работой ИС.Температура постоянно измеряется и может быть считана в любое время. При желании хост-процессор может дать команду датчику контролировать температуру и установить высокий (или низкий) выходной контакт, если температура превышает запрограммированный предел. Также можно запрограммировать более низкую пороговую температуру, и хост может быть уведомлен, когда температура упадет ниже этого порога. Таким образом, цифровой выходной датчик может использоваться для надежного контроля температуры в микропроцессорных системах.

Temperature Sensor Temperature Sensor Датчик температуры

Указанный выше датчик температуры имеет три клеммы и требует максимум 5.Питание 5 В. Этот тип датчика состоит из материала, который работает в зависимости от температуры для изменения сопротивления. Это изменение сопротивления регистрируется схемой и рассчитывает температуру. Когда напряжение увеличивается, повышается и температура. Мы можем увидеть эту операцию с помощью диода.

Датчики температуры напрямую подключены ко входу микропроцессора и, таким образом, могут напрямую и надежно связываться с микропроцессорами. Сенсорный блок может эффективно взаимодействовать с недорогими процессорами без необходимости использования аналого-цифровых преобразователей.

PCBWay PCBWay

Примером датчика температуры является LM35 . Серия LM35 — это прецизионные датчики температуры на интегральных схемах, выходное напряжение которых линейно пропорционально температуре по Цельсию. LM35 работает при температуре от -55˚ до + 120˚C.

Базовый датчик температуры по шкале Цельсия (от + 2˚C до + 150˚C) показан на рисунке ниже.

LM35 LM35

Характеристики датчика температуры LM35:
  • Калибровка непосредственно в ˚ Цельсия (Цельсия)
  • Номинальная мощность для полного диапазона л от −55 до + 150C
  • Подходит для удаленных приложений
  • Низкая стоимость благодаря пластине- регулировка уровня
  • Работает от 4 до 30 В
  • Низкий самонагрев,
  • ± 1 / 4˚C типовой нелинейности
Работа LM35:
  • LM35 может быть легко подключен таким же образом, как и другие интегральные датчики температуры.Его можно приклеить или установить на поверхность, и его температура будет в пределах 0,01 ° C от температуры поверхности.
  • Это предполагает, что температура окружающего воздуха примерно такая же, как температура поверхности; если бы температура воздуха была намного выше или ниже температуры поверхности, фактическая температура штампа LM35 была бы промежуточной между температурой поверхности и температурой воздуха.

LM35-2 LM35-2 Датчики температуры широко используются в системах управления окружающей средой и процессами, а также в испытаниях, измерениях и коммуникациях.Цифровой датчик температуры — это датчик, который выдает 9-битные показания температуры. Цифровые датчики температуры обеспечивают превосходную точность, они предназначены для считывания от 0 ° C до 70 ° C, и это позволяет достичь точности ± 0,5 ° C. Эти датчики полностью согласованы с цифровыми показаниями температуры в градусах Цельсия.

  • Цифровые датчики температуры : Цифровые датчики температуры устраняют необходимость в дополнительных компонентах, таких как аналого-цифровой преобразователь, внутри приложения, и нет необходимости калибровать компоненты или систему при определенных эталонных температурах, если это необходимо, при использовании термисторов.Цифровые датчики температуры решают все, что позволяет упростить базовую функцию контроля температуры системы.

Основные преимущества цифрового датчика температуры заключаются в его точности вывода в градусах Цельсия. Выходной сигнал датчика представляет собой сбалансированное цифровое показание. Для этого не нужны другие компоненты, такие как аналого-цифровой преобразователь, и он намного проще в использовании, чем простой термистор, который обеспечивает нелинейное сопротивление при изменении температуры.

Примером цифрового датчика температуры является DS1621, который обеспечивает 9-битное показание температуры.

Характеристики DS1621:
  1. Никаких внешних компонентов не требуется.
  2. Измеряется диапазон температур от -55 ° C до + 125 ° C с шагом 0,5 °.
  3. Выдает значение температуры в 9-битном формате.
  4. Широкий диапазон питания (от 2,7 В до 5,5 В).
  5. Преобразует температуру в цифровое слово менее чем за одну секунду.
  6. Термостатические настройки определяются пользователем и являются энергонезависимыми.
  7. Это 8-контактный DIP.

Digital Temperature Sensor Digital Temperature Sensor

Описание контактов:
  • SDA — 2-проводный последовательный ввод / вывод данных.
  • SCL — 2-проводные последовательные часы.
  • GND — Земля.
  • TOUT — Выходной сигнал термостата.
  • A0 — Ввод адреса чипа.
  • A1 — Ввод адреса чипа.
  • A2 — Ввод адреса чипа.
  • VDD — Напряжение питания.
Работа DS1621:
  • Когда температура устройства превышает заданную пользователем температуру HIGH, тогда выход TOUT становится активным. Выход будет оставаться активным до тех пор, пока температура не упадет ниже заданной пользователем температуры LOW.
  • Заданные пользователем настройки температуры сохраняются в энергонезависимой памяти, поэтому их можно запрограммировать перед установкой в ​​систему.
  • Показание температуры предоставляется в виде 9-битного считывания с дополнением до двух, путем подачи команды READ TEMPERATURE при программировании.
  • 2-проводной последовательный интерфейс используется для ввода в DS16121 для настроек температуры и вывода показаний температуры из DS1621

Digital Temperature Sensor Circuit Digital Temperature Sensor Circuit

Фото:

.Датчик температуры

: различные типы с примерами

Types of Temperature Sensors Types of Temperature Sensors

Типы датчиков температуры

Наиболее часто измеряемым физическим параметром является температура, будь то в производственных процессах или в лабораторных условиях. Точные измерения — важнейшая составляющая успеха. Точные измерения необходимы для многих приложений, таких как медицинские приложения, исследования материалов в лабораториях, исследования электронных или электрических компонентов, биологические исследования и геологические исследования.Чаще всего датчики температуры используются для измерения температуры в цепях, контролирующих различное оборудование.

Сегодня на рынке используются различные типы датчиков температуры, включая резистивные датчики температуры (RTD), термопары, термисторы, инфракрасный датчик и полупроводниковые датчики. У каждого из них есть определенные рабочие параметры. Эти датчики бывают разных видов, но у них есть одна общая черта: все они измеряют температуру, регистрируя изменение физических характеристик.

Что такое датчик температуры?

Temperature Sensor Temperature Sensor

Датчик температуры

Датчик температуры — это устройство, обычно RTD (резистивный датчик температуры) или термопара, которое собирает данные о температуре из определенного источника и преобразует данные в понятную для устройства или наблюдателя форму. , Датчики температуры используются во многих приложениях, таких как системы контроля окружающей среды высокого напряжения и переменного тока, пищевая промышленность, медицинские устройства, химическая обработка, автомобильные системы мониторинга и контроля и т.

Самый распространенный тип датчика температуры — это термометр, который используется для измерения температуры твердых тел, жидкостей и газов. Это также распространенный тип датчика температуры, который в основном используется для ненаучных целей, потому что он не очень точен.

Типы датчиков температуры

Существуют различные типы датчиков температуры, которые обладают чувствительной способностью в зависимости от области их применения. К различным типам датчиков температуры относятся:

  • Термопары
  • Резисторные датчики температуры
  • Термисторы
  • Инфракрасные датчики
  • Полупроводники
  • Термометры

Термопары

Thermocouples Thermocouples

Термопары

Наиболее часто используемый датчик температуры датчик и сокращенно TC.Этот датчик чрезвычайно прочный, недорогой, с автономным питанием и может использоваться на больших расстояниях. Существует множество типов датчиков температуры, которые имеют широкий спектр применения.

Термопара — это устройство измерения напряжения, которое показывает температуру путем измерения изменения напряжения. Он состоит из двух разных металлов: открытого и закрытого. Эти металлы работают по принципу термоэлектрического эффекта. Когда два разнородных металла создают напряжение, между ними существует тепловая разница.Когда температура повышается, выходное напряжение термопары также увеличивается.

Этот датчик термопары обычно герметизирован внутри керамического экрана или металла, который защищает его от различных сред. Некоторые распространенные типы термопар включают K, J, T, R, E, S, N и B. Наиболее распространенный тип термопар — это термопары типа J, T и K, которые доступны в готовых формах.

Наиболее важным свойством термопары является нелинейность — выходное напряжение термопары нелинейно по температуре.Таким образом, для преобразования выходного напряжения в температуру требуется математическая линеаризация.

Резисторный датчик температуры (RTD)

Resistor Temperature Detector (RTD) Resistor Temperature Detector (RTD)

Резисторный датчик температуры (RTD)

Датчик RTD — один из самых точных датчиков. В резистивном датчике температуры сопротивление пропорционально температуре. Этот датчик изготовлен из металлов платины, никеля и меди. Он имеет широкий диапазон возможностей измерения температуры, так как его можно использовать для измерения температуры в диапазоне от -270oC до + 850oC.Для правильной работы RTD требуется внешний источник тока. Однако ток выделяет тепло в резистивном элементе, вызывая ошибку в измерениях температуры. Ошибка рассчитывается по следующей формуле:

Дельта T = P * S

Где «T» — температура, «P» — произведенная мощность в квадрате, а «S» — градус Цельсия / милливатт представляют собой различные типы методов измерения температуры с помощью этого RTD. Они бывают двухпроводным, трехпроводным и четырехпроводным.В двухпроводном методе ток пропускается через RTD для измерения результирующего напряжения. Этот метод очень просто подключить и реализовать; и, главный недостаток — сопротивление провода — это часть измерения, которая приводит к ошибочным измерениям.

Трехпроводной метод аналогичен двухпроводному, но третий провод компенсирует сопротивление выводов. В четырехпроводном методе ток подается на один набор проводов, а напряжение измеряется на другом наборе проводов.Этот четырехпроводной метод полностью компенсирует сопротивление проводов.

Термисторы

Thermistors Thermistors

Термисторы

Другой тип датчика — это терморезисторный датчик температуры, который является относительно недорогим, адаптируемым и простым в использовании. Он меняет свое сопротивление при изменении температуры, как датчик RTD. Термисторы изготовлены из марганца и оксидов никеля, что делает их уязвимыми для повреждений. Итак, эти материалы называются керамическими материалами. Этот термистор имеет более высокую чувствительность, чем резистивные датчики температуры.Большинство термисторов имеют отрицательный температурный коэффициент. Это означает, что при повышении температуры сопротивление уменьшается.

Термометры

Thermometers Thermometers

Термометры

Термометр — это устройство, используемое для измерения температуры твердых тел, жидкостей или газов. Название термометр — это сочетание двух слов: термо — означает тепло, а измеритель — измерять. В стеклянной трубке термометра находится жидкость — ртуть или спирт. Объем термометра прямо пропорционален температуре — при повышении температуры увеличивается и объем термометра.

При нагревании жидкость расширяется внутри узкой трубки термометра. Этот термометр имеет откалиброванную шкалу для индикации температуры. Рядом со стеклянной трубкой термометра нанесены цифры, указывающие температуру, когда линия ртути находится в этой точке. Температура может быть записана в следующих шкалах: Фаренгейта, Кельвина или Цельсия. Поэтому всегда желательно отмечать, по какой шкале калибруется термометр.

Полупроводниковые датчики

Semiconductor Sensors Semiconductor Sensors

Полупроводниковые датчики

Полупроводниковые датчики — это устройства, которые имеют форму ИС.Обычно эти датчики известны как датчик температуры IC. Они подразделяются на различные типы: датчик температуры на выходе по току, датчик температуры на выходе по напряжению, кремниевый датчик температуры на выходе сопротивления, датчики температуры на диоде и датчик температуры на цифровом выходе. Современные полупроводниковые датчики температуры обеспечивают высокую линейность и высокую точность в рабочем диапазоне от 55 ° C до + 150 ° C. Однако датчики температуры AD590 и LM35 являются наиболее популярными датчиками температуры.

ИК-датчик

IR sensor IR sensor

ИК-датчик

ИК-датчик — это электронный прибор, который используется для определения определенных характеристик окружающей среды путем испускания или обнаружения ИК-излучения. Эти датчики являются бесконтактными. Например, если вы держите ИК-датчик перед столом, не устанавливая никакого контакта, датчик определяет температуру стола на основе качества его излучения. Эти датчики подразделяются на два типа, такие как тепловые инфракрасные датчики и квантовые инфракрасные датчики.

Итак, речь идет о различных типах датчиков температуры. Стоимость датчика температуры зависит от того, для какой работы он предназначен. Однако точность датчика будет определять цену. Итак, стоимость зависит от точности датчика температуры. Настоящие датчики температуры предназначены для снижения стоимости, а также эффективности.

Фото:

.

Различные типы и принципы работы датчиков температуры.


В этой статье дается обзор различных устройств для измерения температуры и принципов их работы. Список датчиков включает в себя термопары, термисторы, RTD, инфракрасную камеру, биметаллические датчики температуры, термометр и т. Д. Прочтите всю статью, чтобы узнать об этих устройствах.

Согласно термодинамике, температура тела показывает степень жара или холода по отношению к эталонному телу.В любой обрабатывающей промышленности или любой рутинной работе нам иногда необходимо измерить давление, температуру, скорость и многие другие переменные. В этой статье обсуждаются устройства измерения температуры и принципы их работы.

Термопара

Принцип : эффект Зеебека
Термопара — это устройство для измерения температуры, которое работает по принципу «эффекта Зеебека». Эффект говорит о том, что когда два разных металла соединяются вместе в общих переходах, и когда эти два разных перехода подвергаются разным температурам, генерируется чистая ЭДС / напряжение.Фактическое значение генерируемой ЭДС зависит от материалов, из которых изготовлены переходы, и разницы температур между двумя переходами. Произведенная ЭДС является чистой ЭДС из-за двух эффектов: «эффекта Пельтье» и «эффекта Томсона». Обычно, когда разница температур между двумя переходами увеличивается, чистая ЭДС увеличивается. Связь между температурой и ЭДС в основном удовлетворяется полиномиальным соотношением / уравнением.

Терморезисторы сопротивления (RTD)

Принцип : изменение сопротивления пропорционально изменению температуры.

Терморезистивные устройства измеряют температуру в соответствии с изменением сопротивления металла из-за изменения температуры. Для металлов с повышением температуры увеличивается и сопротивление. Существует два типа термометров сопротивления: RTD и термисторы. Разница между RTD и термистором заключается в принципе измерения температуры. RTD состоит из металлов, а термисторы — из полупроводников. Для металлов сопротивление увеличивается с ростом температуры, но в полупроводниках сопротивление уменьшается с увеличением температуры.

Инфракрасные устройства измерения температуры

Принцип : Тепловое излучение пропорционально абсолютной температуре тела.

Инфракрасные датчики или устройства работают на основе теплового излучения, исходящего от поверхности / тела, температура которых измеряется. Тепловое излучение прямо пропорционально четвертой степени абсолютной температуры поверхности / тела.

Биметаллические устройства для измерения температуры

Принцип : Изменение длины из-за теплового расширения или сжатия пропорционально изменению температуры.

Различные металлы имеют разный коэффициент теплового расширения и расширяются или сжимаются в зависимости от изменения температуры. Эти типы датчиков температуры состоят из двух металлов с разным коэффициентом теплового расширения. При изменении температуры расширение или сжатие этих двух металлов различается, и возникающая в результате изгибающая сила приводит в действие механическую связь, которая откалибрована по температуре. Эти устройства не требуют источника питания и портативны, но менее точны по сравнению с RTD и термопарами.

Устройства измерения температуры расширения жидкости

Принцип : Расширение или сжатие жидкости, заполненной закрытым устройством, пропорционально изменению температуры.
Термометр — это тип устройства для измерения температуры расширения жидкости. Этот тип устройств содержит ртуть, которая изменяет объем (сжатие или расширение) при изменении температуры.

Изменение состояния устройств измерения температуры

Принцип : Изменение цвета или внешнего вида является измерением температуры.

Эти типы устройств для измерения температуры состоят из того вещества, которое меняет цвет или внешний вид при изменении температуры. Точность этих типов датчиков очень низкая, поскольку они не подходят для измерения переходной температуры. Они показывают только фиксированный диапазон температур.

Краткое изложение принципов измерения температуры

Это краткое описание поможет получить полный обзор принципа работы измерения температуры и поможет в предстоящей проверке GATE 2014.

  • Когда два разных металла соединяются, образуя два соединения, и если они подвергаются разным температурам, возникает чистая ЭДС.
  • Резистивные температурные устройства работают по принципу изменения электрического сопротивления материала в зависимости от его температуры.
  • Инфракрасные датчики — это бесконтактные устройства. Они измеряют температуру, измеряя тепловое излучение, исходящее от тела, которое необходимо измерить.
  • Изменение объема или внешнего вида является мерой температуры определенных веществ.

.

4 наиболее распространенных типа датчиков температуры

Датчик температуры играет важную роль во многих приложениях. Например, поддержание определенной температуры необходимо для оборудования, используемого для производства медицинских препаратов, нагрева жидкостей или очистки другого оборудования. Для подобных приложений скорость отклика и точность схемы обнаружения могут иметь решающее значение для контроля качества.

Однако чаще обнаружение температуры является частью превентивной надежности .Например, хотя прибор может фактически не выполнять никаких высокотемпературных операций, сама система может подвергаться риску перегрева. Этот риск возникает из-за конкретных внешних факторов, таких как суровые условия эксплуатации или внутренних факторов, таких как самонагрев электроники. Обнаруживая перегрев, система может предпринять профилактические меры. В этих случаях схема определения температуры должна быть надежной в ожидаемом диапазоне рабочих температур для данного приложения.

Согласно датчикам Mag.com

Измерение температуры — одно из наиболее чувствительных свойств или параметров в таких отраслях, как нефтехимическая, автомобильная, аэрокосмическая и оборонная промышленность, бытовая электроника и т. д. Эти датчики устанавливаются в устройства с целью точного и эффективного измерения температуры среды при заданном наборе требований.

Создание надежной схемы определения температуры не должно быть дорогостоящим. Также недорогая схема обнаружения не должна идти на компромисс в отношении скорости реакции и точности.В этой статье рассматриваются различные типы доступных технологий определения температуры и то, что каждая из них может предложить. Он также исследует требования различных приложений и то, как инженеры могут спроектировать схему определения температуры, оптимизированную для их конкретных потребностей.

Temperature sensor probe

Датчик температуры-Термисторный зонд

Ask Tony a question and get an answer today

Типы датчиков температуры

Определение температуры является основой для всех передовых форм контроля и компенсации температуры.Сама схема определения температуры контролирует температуру окружающей среды. Затем он может уведомить систему либо о фактической температуре, либо, если схема обнаружения более интеллектуальная, о возникновении события контроля температуры. При превышении определенного порога высокой температуры система может предпринять превентивные действия по снижению температуры. Примером этого является включение вентилятора.

Точно так же схема определения температуры может служить ядром функции температурной компенсации.Рассмотрим такую ​​систему, как оборудование для измерения жидкости. Температура в этом случае напрямую влияет на измеряемый объем. Принимая во внимание температуру, система может компенсировать изменяющиеся факторы окружающей среды, обеспечивая ее надежную и стабильную работу. Существует четыре наиболее часто используемых типа датчиков температуры:

1. Термистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC)

Термистор — это термочувствительный резистор , который демонстрирует большое, предсказуемое и точное изменение сопротивления, связанное с изменениями по температуре. Термистор NTC обеспечивает очень высокое сопротивление при низких температурах. При повышении температуры сопротивление быстро падает. Поскольку термистор NTC испытывает такое большое изменение сопротивления на ° C, небольшие изменения температуры отражаются очень быстро и с высокой точностью (от 0,05 до 1,5 ° C). Из-за своей экспоненциальной природы выходной сигнал термистора NTC требует линеаризации. Эффективный рабочий диапазон составляет от -50 до 250 ° C для термисторов в стеклянной капсуле или 150 ° C для стандартных.

2. Датчик температуры сопротивления (RTD)

RTD, также известный как термометр сопротивления, измеряет температуру путем соотнесения сопротивления элемента RTD с температурой . RTD состоит из пленки или, для большей точности, провода, намотанного на керамический или стеклянный сердечник. Наиболее точные RTD изготавливаются из платины, но более дешевые RTD могут быть сделаны из никеля или меди. Однако никель и медь не так стабильны или воспроизводимы. Платиновые RTD предлагают довольно линейный выходной сигнал с высокой точностью (0.От 1 до 1 ° C) в диапазоне от -200 до 600 ° C. Обеспечивая высочайшую точность, RTD также, как правило, являются самыми дорогими из датчиков температуры.

3. Термопара

Этот тип датчика температуры состоит из двух проводов из разных металлов, соединенных в двух точках. Переменное напряжение между этими двумя точками отражает пропорциональные изменения температуры. Термопары являются нелинейными, требующими преобразования при использовании для контроля температуры и компенсации, как правило, с использованием справочной таблицы. Низкая точность , от 0,5 ° C до 5 ° C. Однако они работают в широком диапазоне температур , от -200 ° C до 1750 ° C.

4. Полупроводниковые сенсоры

Датчик температуры на основе полупроводника размещен на интегральных схемах (ИС). Эти датчики фактически представляют собой два идентичных диода с температурно-чувствительными характеристиками напряжения в зависимости от тока, которые можно использовать для отслеживания изменений температуры.Они предлагают линейный отклик, но имеют самую низкую точность по сравнению с датчиками базовых типов при температурах от 1 ° C до 5 ° C. Они также имеют самую медленную реакцию (от 5 до 60 с) в самом узком диапазоне температур (-70 ). От ° C до 150 ° C).

Request a Sample

Facebook icon Twitter icon Linkedin icon Youtube icon

.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о