Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα διαφορετικών αισθητήρων θερμοκρασίας

Σε πολλές τεχνολογικές διεργασίες, ένα από τα πιο σημαντικά φυσικά μεγέθη είναι η θερμοκρασία. Στη βιομηχανία, χρησιμοποιούνται αισθητήρες θερμοκρασίας για μέτρηση. Αυτοί οι αισθητήρες μετατρέπουν τις πληροφορίες θερμοκρασίας σε ηλεκτρικό σήμα, το οποίο στη συνέχεια επεξεργάζεται και ερμηνεύεται από τα ηλεκτρονικά και τον αυτοματισμό. Ως αποτέλεσμα, η τιμή θερμοκρασίας είτε απλά εμφανίζεται στην οθόνη είτε χρησιμεύει ως βάση για την αυτόματη αλλαγή του τρόπου λειτουργίας του ενός ή του άλλου εξοπλισμού.

Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, οι αισθητήρες θερμοκρασίας είναι απαραίτητοι σήμερα, ειδικά στη βιομηχανία. Και είναι σημαντικό να επιλέξετε τον σωστό αισθητήρα για το σκοπό σας, κατανοώντας ξεκάθαρα τα διακριτικά χαρακτηριστικά διαφορετικών τύπων αισθητήρων θερμοκρασίας. Θα μιλήσουμε για αυτό αργότερα.

Διαφορετικοί αισθητήρες για διαφορετικούς σκοπούς

Τεχνολογικά, οι αισθητήρες θερμοκρασίας χωρίζονται σε δύο μεγάλες ομάδες: επαφής και μη επαφής. Οι αισθητήρες χωρίς επαφή χρησιμοποιούν την αρχή της μέτρησης στην εργασία τους υπέρυθρες παράμετροιπου προέρχονται από μια μακρινή επιφάνεια.

Οι αισθητήρες επαφής, από την άλλη πλευρά, στην αγορά ευρύτερα, διαφέρουν στο ότι το στοιχείο αισθητήρα τους στη διαδικασία μέτρησης της θερμοκρασίας βρίσκεται σε άμεση επαφή με την επιφάνεια ή το μέσο του οποίου η θερμοκρασία πρόκειται να μετρηθεί. Έτσι, θα είναι πιο σκόπιμο να εξεταστούν λεπτομερώς οι αισθητήρες επαφής, να συγκριθούν οι τύποι, τα χαρακτηριστικά τους, να αξιολογηθούν τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα διαφορετικών τύπων αισθητήρων θερμοκρασίας.

Όταν επιλέγετε έναν αισθητήρα θερμοκρασίας, το πρώτο πράγμα που πρέπει να κάνετε είναι να προσδιορίσετε πώς θα είναι απαραίτητο να μετρήσετε τη θερμοκρασία. Ο αισθητήρας υπερύθρων θα μπορεί να μετρήσει τη θερμοκρασία σε απόσταση από την επιφάνεια, επομένως είναι θεμελιώδους σημασίας μεταξύ του αισθητήρα και της επιφάνειας προς την οποία θα κατευθυνθεί, η ατμόσφαιρα να είναι όσο το δυνατόν πιο διαφανής και καθαρή, διαφορετικά η θερμοκρασία τα δεδομένα θα παραμορφωθούν ( κοιτάξτε - Μέτρηση θερμοκρασίας χωρίς επαφή κατά τη λειτουργία του εξοπλισμού).

Ο αισθητήρας επαφής θα σας επιτρέψει να μετρήσετε τη θερμοκρασία της επιφάνειας απευθείας ή του περιβάλλοντος με το οποίο έρχεται σε επαφή, επομένως η καθαριότητα της ατμόσφαιρας που περιβάλλει γενικά δεν είναι σημαντική. Εδώ, η άμεση και υψηλής ποιότητας επαφή μεταξύ του αισθητήρα και του υλικού δοκιμής είναι ζωτικής σημασίας.

Ένας αισθητήρας επαφής μπορεί να κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας μία από πολλές τεχνολογίες: θερμίστορ, θερμόμετρο αντίστασης ή θερμοστοιχείο. Κάθε τεχνολογία έχει τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά της.

Το θερμίστορ είναι πολύ ευαίσθητο, η τιμή του είναι στη μέση μεταξύ θερμοστοιχείων και θερμομέτρων αντίστασης, αλλά δεν διαφέρει σε ακρίβεια και γραμμικότητα.

Το θερμοστοιχείο είναι πιο ακριβό, αντιδρά πιο γρήγορα στις αλλαγές θερμοκρασίας, οι μετρήσεις θα είναι πιο γραμμικές από το θερμίστορ, αλλά η ακρίβεια και η ευαισθησία δεν είναι υψηλές.

Το θερμόμετρο αντίστασης είναι το πιο ακριβές από τα τρία, είναι γραμμικό αλλά λιγότερο ευαίσθητο, αν και είναι φθηνότερο από το θερμοστοιχείο σε τιμή.

Επιπλέον, όταν επιλέγετε έναν αισθητήρα, θα πρέπει να δώσετε προσοχή στο εύρος των μετρούμενων θερμοκρασιών, για τα θερμοστοιχεία και τα θερμόμετρα αντίστασης εξαρτάται από το υλικό του ευαίσθητου στοιχείου που χρησιμοποιείται. Πρέπει λοιπόν να βρείτε κάποιο συμβιβασμό.

Θερμοστοιχείο

Αισθητήρες θερμοκρασίας θερμοστοιχείο εργασία χάρη σε Φαινόμενο Seebekov… Δύο σύρματα διαφορετικών μετάλλων συγκολλούνται στο ένα άκρο — αυτή είναι η λεγόμενη θερμή ένωση ενός θερμοστοιχείου, το οποίο εκτίθεται στη μετρούμενη θερμοκρασία. Στην αντίθετη πλευρά των καλωδίων, η θερμοκρασία των άκρων τους δεν αλλάζει, ένα ευαίσθητο βολτόμετρο είναι συνδεδεμένο σε αυτό το μέρος.

Η τάση που μετράται με ένα βολτόμετρο εξαρτάται από τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ της θερμής διασταύρωσης και των καλωδίων που συνδέονται στο βολτόμετρο. Τα θερμοστοιχεία διαφέρουν ως προς τα μέταλλα που σχηματίζουν τις θερμές ενώσεις τους, γεγονός που καθορίζει το εύρος των μετρούμενων θερμοκρασιών για έναν συγκεκριμένο αισθητήρα θερμοστοιχείου.

Παρακάτω είναι ένας πίνακας με τους διαφορετικούς τύπους αισθητήρων αυτής της ποικιλίας. Ο τύπος του αισθητήρα επιλέγεται ανάλογα με το απαιτούμενο εύρος θερμοκρασίας και τη φύση του περιβάλλοντος.

Οι αισθητήρες τύπου Ε είναι κατάλληλοι για χρήση σε οξειδωτικά ή αδρανή περιβάλλοντα. Τύπος J — για λειτουργία σε κενό, αδρανή ή μειωτικά περιβάλλοντα. Τύπος Κ — κατάλληλο για οξειδωτικά ή ουδέτερα περιβάλλοντα. Τύπος N — έχει μεγαλύτερη διάρκεια ζωής σε σύγκριση με τον τύπο Κ.

Οι αισθητήρες τύπου T είναι ανθεκτικοί στη διάβρωση, επομένως μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε υγρά οξειδωτικά, αναγωγικά, αδρανή περιβάλλοντα, καθώς και σε κενό. Οι τύποι R (βιομηχανικός) και S (εργαστηριακός) είναι αισθητήρες υψηλής θερμοκρασίας που πρέπει να προστατεύονται από ειδικούς κεραμικούς μονωτές ή μη μεταλλικούς σωλήνες. Ο τύπος Β έχει ακόμη υψηλότερη θερμοκρασία από τους τύπους R και S.

Τα πλεονεκτήματα των αισθητήρων θερμοστοιχείου είναι η σταθερότητα των παραμέτρων λειτουργίας τους σε υψηλές θερμοκρασίες και η σχετική ταχύτητα απόκρισης στις αλλαγές της θερμοκρασίας της θερμής διασταύρωσης. Οι αισθητήρες αυτού του τύπου παρουσιάζονται σε ένα ευρύ φάσμα διαθέσιμων διαμέτρων. Έχουν χαμηλή τιμή.

Όσον αφορά τα μειονεκτήματα, τα θερμοστοιχεία χαρακτηρίζονται από χαμηλή ακρίβεια, έχουν εξαιρετικά χαμηλή μετρούμενη τάση και επιπλέον, αυτοί οι αισθητήρες απαιτούν πάντα κυκλώματα αντιστάθμισης.

Θερμόμετρα αντίστασης

Θερμόμετρο αντίστασης ή ο αισθητήρας θερμοκρασίας ρεοστάτη συντομεύεται ως RTD. Λειτουργεί με την αρχή της αλλαγής της αντίστασης του μετάλλου ανάλογα με την αλλαγή της θερμοκρασίας του. Μέταλλα που χρησιμοποιούνται: πλατίνα (από -200 ° C έως +600 ° C), νικέλιο (από -60 ° C έως +180 ° C), χαλκός (από -190 ° C έως +150 ° C), βολφράμιο (από -100 ° C έως +1400 ° C) — ανάλογα με την απαιτούμενη μετρούμενη περιοχή θερμοκρασίας.

Πιο συχνά από άλλα μέταλλα, η πλατίνα χρησιμοποιείται σε θερμόμετρα αντίστασης, γεγονός που δίνει ένα αρκετά μεγάλο εύρος θερμοκρασίας και σας επιτρέπει να επιλέξετε αισθητήρες με διαφορετικές ευαισθησίες. Έτσι, ο αισθητήρας Pt100 έχει αντίσταση 100 Ohm στους 0 °C και ο αισθητήρας Pt1000 έχει 1 kOhm στην ίδια θερμοκρασία, δηλαδή είναι πιο ευαίσθητος και σας επιτρέπει να μετράτε τη θερμοκρασία με μεγαλύτερη ακρίβεια.

Σε σύγκριση με το θερμοστοιχείο, το θερμόμετρο αντίστασης έχει μεγαλύτερη ακρίβεια, οι παράμετροί του είναι πιο σταθερές και το εύρος των μετρούμενων θερμοκρασιών είναι ευρύτερο. Ωστόσο, η ευαισθησία είναι χαμηλότερη και ο χρόνος απόκρισης είναι μεγαλύτερος από αυτόν των θερμοστοιχείων.

Θερμίστορ

Ένας άλλος τύπος αισθητήρων θερμοκρασίας επαφής — θερμίστορ… Χρησιμοποιούν οξείδια μετάλλων που μπορούν να αλλάξουν σημαντικά την αντίστασή τους ανάλογα με τη θερμοκρασία. Τα θερμίστορ είναι δύο τύπων: PTC — PTC και NTC — NTC.

Στο πρώτο, η αντίσταση αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας σε ένα συγκεκριμένο εύρος λειτουργίας, στο δεύτερο, με την αύξηση της θερμοκρασίας, η αντίσταση μειώνεται. Τα θερμίστορ χαρακτηρίζονται από ταχύτερη απόκριση στις αλλαγές θερμοκρασίας και χαμηλό κόστος, αλλά είναι αρκετά εύθραυστα και έχουν στενό εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας από τα ίδια θερμόμετρα αντίστασης και τα θερμοστοιχεία.

Αισθητήρες υπερύθρων

Όπως αναφέρθηκε στην αρχή του άρθρου, οι αισθητήρες υπερύθρων ερμηνεύουν την υπέρυθρη ακτινοβολία που εκπέμπεται από μια μακρινή επιφάνεια - έναν στόχο. Το πλεονέκτημά τους είναι ότι η μέτρηση της θερμοκρασίας πραγματοποιείται χωρίς επαφή, δηλαδή δεν χρειάζεται να πιέσετε σφιχτά τον αισθητήρα πάνω στο αντικείμενο ή να το βυθίσετε στο περιβάλλον.

Αντιδρούν πολύ γρήγορα στις αλλαγές θερμοκρασίας, γι' αυτό και ισχύουν για την εξέταση των επιφανειών ακόμη και κινούμενων αντικειμένων, για παράδειγμα σε έναν μεταφορέα. Μόνο με τη βοήθεια αισθητήρων υπερύθρων είναι δυνατή η μέτρηση της θερμοκρασίας των δειγμάτων που βρίσκονται, π.χ. απευθείας σε φούρνο ή σε οποιαδήποτε επιθετική ζώνη.

Τα μειονεκτήματα των υπέρυθρων αισθητήρων περιλαμβάνουν την ευαισθησία τους στην κατάσταση της επιφάνειας που εκπέμπει θερμότητα, καθώς και στην καθαρότητα των δικών τους οπτικών και στην ατμόσφαιρα στη διαδρομή μεταξύ του αισθητήρα και του στόχου. Η σκόνη και ο καπνός παρεμβαίνουν σε μεγάλο βαθμό στις ακριβείς μετρήσεις.