Температурные датчики: Датчики температуры. Типы и виды датчиков температуры

типы, устройство, принцип работы, схемы подключения

Контроль температуры повсеместно задействуется в технологических процессах, позволяя выбирать подходящий режим работы или отслеживать изменения состояния материала. Температурный режим одинаково важен как при включении духовки на кухне, так и в доменных печах при плавлении стали, а отклонение от нормальной работы может привести к аварии и травмированию людей. Чтобы избежать неприятных последствий и обеспечить возможность регулирования степени нагрева используется датчик температуры.

Разновидности, устройство и принцип работы

В ходе развития и совершенствования технологий датчик температуры, как измерительное приспособление, претерпел множественные изменения и модернизации. Благодаря чему сегодня они представлены в большом разнообразии, которые можно разделить по нескольким критериям. Так, в зависимости от способа передачи и отображения данных об измерениях температуры они подразделяются на цифровые и аналоговые. Цифровые устройства являются более современным решением, так как информация в них отображается на дисплее и передается по электронным каналам коммуникации, аналоговые имеют циферблатное отображение данных, электрический или механический способ передачи измерений.

В зависимости от принципа действия все датчики можно подразделить на:

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

Термоэлектрические

В основе работы термоэлектрического датчика лежит принцип термопары (см. рисунок 1) – у всех металлов существует определенная валентность (количество свободных электронов на внешних атомарных орбитах, не задействованных в жестких связях). При воздействии внешних факторов, сообщающих свободным электронам дополнительную энергию, они могут покинуть атом, создавая движение заряженных частиц. В случае совмещения двух металлов с различным потенциалом выхода электронов и последующим нагреванием места соединения возникнет разность потенциалов, получившая название эффекта Зеебека.

Рис. 1. Устройство термопары

На практике применяется несколько разновидностей термоэлектрических датчиков температуры, так, согласно п.1.1  ГОСТ Р 50342-92 они подразделяются на:

• вольфрамрений-вольфрамрениевые (ТВР) – применяется в средах с большой рабочей температурой порядка 2000°С;
• платинородий-платинородиевые (ТПР) – отличаются высокой себестоимостью и высокой точностью измерений, применяются я в лабораторных измерениях;
• платинородий-платиновые (ТПП) – оснащаются защитной трубкой из металла и керамической изоляцией, обладают высоким температурным пределом;
• хромель-алюмелевые (ТХА)  — широко применяются в промышленности, способны охватывать диапазон температуры до  1200°С, используются в кислых средах;
• хромель-копелевые (ТХК) –  характеризуются средним температурным показателем, монтируются только в неагрессивных средах;
• хромель-константановые (ТХК) — актуальны для газовых смесей и разжиженных аэрозолей нейтрального или слабокислого состава;
• никросил-нисиловые (ТНН) – применяются для устройств среднего температурного диапазона, но обладают длительным сроком эксплуатации;
• медь-константановые (ТМК) – характеризуется наименьшим пределом измерений до 400°С, но отличается устойчивостью к влаге и некоторым категориям агрессивных сред;
• железо-константановые (ТЖК) – применяются в среде с разжиженной атмосферой или вакуумного пространства.

Такое разнообразие температурных датчиков на основе термопары позволяет охватывать любые сферы человеческой деятельности.

Полупроводниковые

Изготавливаются на основе кристаллов с заданной вольтамперной характеристикой. Такие датчики температуры работают в режиме полупроводникового ключа, аналогично классическому биполярному транзистору, где степень нагревания сравнима с подачей потенциала на базу. При повышении температуры полупроводниковый датчик  начнет выдавать большее значение тока. Как правило, самостоятельно полупроводник не используется для измерения нагрева, а подключается через цепь усилителя (см. рисунок 2).

Рис. 2. Подключение полупроводникового датчика через усилитель

Отличаются широким диапазоном производимых измерений и возможностью подстройки датчика в соответствии с рабочими параметрами оборудования. Являются высокоточным типом, мало зависящим от продолжительности эксплуатации. Обладают небольшими габаритами, за счет чего легко устанавливаются в схемах, радиоэлементах и т. д.

Пирометрические

Работают за счет специальных датчиков – пирометров, которые позволяют улавливать малейшие температурные колебания рабочей поверхности любого предмета. Непосредственно сам чувствительный элемент представляет собой матрицу, реагирующую на определенную частоту температурного диапазона. Этот принцип положен в основу измерений бесконтактным термометром, который получил широкое распространение в период борьбы с коронавирусом. Помимо этого их применение активно используется для тепловизионного контроля конструктивных элементов, оборудования, зданий и сооружений.

Рис. 3. Принцип действия пирометрического датчика

Терморезистивные

Такие датчики температуры выполняются на основе терморезисторов – устройств с определенной зависимостью сопротивления от степени нагрева основного материала. С повышением температуры, изменяется и проводимость резистора, благодаря чему вы можете следить за состоянием нужного объекта.

Основным недостатком терморезистивного датчика  является малый диапазон измеряемой температуры, но он способен обеспечивать хороший шаг измерений и высокую точность в десятых и сотых долях градусов Цельсия. Из-за чего их нередко включают в цепь с применением усилителя, расширяющего рабочие пределы.

Акустические

Акустические датчики температуры функционируют по принципу определения скорости прохождения звуковых колебаний в зависимости от температуры материала или поверхности . Непосредственно сам сенсор производит сравнение скорости звука, генерируемого источником, которая будет отличаться, в зависимости от степени нагрева (см. рисунок 4). Такой тип является бесконтактным и позволяет производить замеры в труднодоступных местах или на объектах повышенной опасности.

Рис. 4. Звуковой датчик температуры

Пьезоэлектрические

Работа датчика основана на эффекте распространения колебаний кварцевого кристалла при прохождении электрического тока. Но, в зависимости от температуры окружающей среды, будет меняться и частота колебаний кристалла. Принцип фиксации температурных изменений заключается в измерении частоты колебаний и последующем сравнении с установленной градуировкой номиналов для разных температур.

Схемы подключения

Основные отличия в подключении датчика температур обуславливаются сферой его применения и конструктивными особенностями. Так, в рамках статьи, мы рассмотрим несколько наиболее распространенных и интересных вариантов. Таковыми является подключение с помощью двухпроводной и трехпроводной схемы.

Рис. 5. Двухпроводная схема подключения

На рисунке 5 приведен вариант двухпроводного присоединения измерительного устройства. Этот принцип рекомендуется для всех датчиков  температуры с небольшим расстоянием до контролируемого объекта. Так как сопротивление самого чувствительного элемента  R_t мало измениться от сопротивления соединительных проводников R₁ и R₂, соответственно, поправка на измерения будет минимальной.

Рис. 6. Трехпроводная схема подключения

При больших расстояниях, от 150 м и более, подключение датчика следует выполнять по трехпроводной схеме, в которой существенно снижается погрешность на сопротивление в проводах R₁, R₂, R₃.

Рис. 7. Схема подключения датчика температуры двигателя

Практически в каждом современном авто осуществляется постоянный контроль температурных параметров мотора. Поэтому использование датчика является обязательным требованием безопасности. Согласно двухпроводной схемы (рисунок 7) датчик подключается одним выводом на отдельно стоящий концевик капота, который не имеет каких-либо подключений к цепи. А второй вывод, подсоединяется к блоку сигнализации установленным порядком, в соответствии с моделью.

Рис. 8. Схема подключения цифрового датчика температуры

На рисунке 8 приведен пример включения цифрового датчика Dallas. Это модель с тремя выводами, первый из которых, согласно распиновки GND подключается к заземляющему выводу микроконтроллера, второй DATA к выводу PIN 2, а третий к клемме питания +5 В. Между третей и второй ножкой включается резистор на 4,7кОм.

Примение

Сфера применения датчиков температуры охватывает как бытовые приборы, так и оборудование общепромышленного назначения, сельскохозяйственную отрасль, военную промышленность, аэрокосмический сектор. Каждый из вас может встретить их у себя дома в нагревательных приборах – бойлерах, духовках, мультиварках или хлебопечках.

В тяжелой промышленности тепловые сенсоры позволяют контролировать степень нагрева печей, воздуха в рабочей области, состояние трущихся поверхностей. В медицине их используют для контроля температуры в труднодоступных местах или для упрощения различных процедур.

Многие автолюбители часто сталкиваются с анализаторами температуры, контролирующими состояние масла или другой охлаждающей жидкости. На сети железных дорог они позволяют отслеживать нагрев букс и колесных пар. В энергетике с их помощью обследуются контактные соединения и качество прилегания поверхностей.

Как подобрать?

При выборе датчика температуры необходимо руководствоваться такими критериями:

• если датчик будет соприкасаться или располагаться внутри измеряемой среды, то берется контактная модель, если находиться вне объекта, то бесконтактная;
• условия и состояние среды, в которой он будет функционировать (влажность, агрессивные вещества и т. д.) должны соответствовать возможностям датчика;
• шаг и градуировка измерений должны обеспечивать удобную эксплуатацию и датчика, и оборудования;
• если датчик подлежит замене в ходе эксплуатации, то устанавливаются сменные варианты;
• при выборе датчика температуры для замены неисправного, лучше воспользоваться его VIN кодом;
• предел рабочих температур должен охватывать все возможные значения нагрева, некоторые из них приведены в таблице ниже.

Таблица: температурные пределы датчиков термоэлектрического типа

Тип	Состав	Диапазон температур
T	медь / константан	от -250 °C до 400 °C
J	железо / константан	от -180 °C до 750 °C
E	хромель / константан	от -40 °C до 900 °C
K	хромель / алюмель	от -180 °C до 1 200 °C
S	платина-родий (10 %) / платина	от 0 °C до 1 700 °C
R	платина-родий (13 %) / платина	от 0 °C до 1 700 °C
B	платина-родий (30 %) / платина-родий (6 %)	от 0 °C до 1 800 °C
N	нихросил / нисил	от -270 °C до 1 280 °C
G	вольфрам / рений (26 %)	от 0 °C до 2 600 °C
C	вольфрам-рений (5 %) / вольфрам-рений (26 %)	от 20 °C до 2 300 °C
D	вольфрам-рений (3 %) / вольфрам-рений (25 %)	от 0 °C до 2 600 °C

Использованная литература

1. Виглеб Г  «Датчики», 1989
2. Фрайден Дж «Современные датчики. Справочник» 2005
3. Ананьева Н.Г., Ананьева М.С., Самойлов В.Н «Измерение температуры» 2015
4. Дж. Вебстер «Справочник по измерениям, сенсорам и приборам» 2006

Датчики температуры

Главная > 11. Термометрия > 11.1. Датчики температуры Температурные датчики одни из самых важных атрибутов измерительной системы управления. Датчики температуры необходимы для контроля множества жизненно важных и критичных процессов. Области применения датчиков температуры Применяются датчики температуры практически везде. Любая сфера или производство, где температура объекта влияет на качество работы и итоговой продукции, требует пристального температурного контроля. Например: Нефтегазовая, топливная индустрия, энергетика Химия, строительство, образование Металлургическая промышленность (литейное, прокатное производство, производство металлических изделий, металлообработка) Транспортная индустрия, автомобили, спецтехника Пищевая промышленность, фармацевтика Машиностроение Сельское хозяйство (зерно, комбикорма) Назначение датчиков температуры Датчиков температуры существует множество типов, каждый из которых характеризуется своими особенностями и предназначением. Но главной задачей остается: Измерение температур требуемых объектов с необходимыми точностью, быстродействием и передача информационного либо управляющего сигнала далее в систему Реализация обратных связей в АСУТП, предупреждение выхода из строя оборудования Отдельные приборы могут служить источниками энергии (основанные на термопарах) Виды датчиков температуры Температурные датчики представлены широким разнообразием приборов, каждый из которых адаптирован к той или иной сфере деятельности. Ниже дано краткое описание, а более полно с ними можно ознакомиться на соответствующих страницах. Важный момент: датчики делятся на первичные преобразователи и реализованные на их основе сложные электронные устройства с адаптацией к тому или иному эксплуатационному профилю. Вторые имеют стандартизированные выходные сигналы и легко встраиваются в промышленные АСУ. Термосопротивления. Первичный преобразователь. Основаны на изменении электрического сопротивления материалов под воздействием температуры. Термопары. Первичный преобразователь. Использует эффект возникновения термо-ЭДС в зависимости от разности температур «холодного» и «горячего» спаев. Преобразователи температуры и влажности (датчики температуры воздуха). Электронные приборы с аналоговыми/цифровыми выходами (+ дисплей), сочетающие в себе функции датчика влажности и температуры. Лучшее применение находят в системах вентиляции и кондиционирования, в помещениях разных типов. Многоточечные преобразователи температуры. Предназначены для температурного контроля по всему объему в больших резервуарах. Лучшее применение находят в пищевой промышленности и с/х, где используются в силосах с зерном и подобным продуктом. Бесконтактные датчики температуры. Используются с удаленными/труднодоступными объектами в широком диапазоне t °C, в опасных для человека условиях. К ним также относятся: Датчики горячего металла. Разновидность бесконтактных датчиков для соответствующих отраслей производства. Дистанционные датчики температуры. Инфракрасные датчики температуры. Датчики температуры с аналоговым выходом. Обширный класс приборов, объединяемых способом передачи информации. Включает в себя, например, гигиеничные датчики TER8 и общепромышленные датчики серий Кл и DIN. Термосопротивления Термопары Преобразователи температуры и влажности Многоточечные преобразователи температуры Бесконтактные датчики температуры Датчики температуры с аналоговым выходом

Новости 27 03.23 Промышленные измерители pH и ОВП 20 03.23 Герконовые поплавковые датчики для жидких сред 13 03.23 Новая линейка микроволновых измерителей уровня 09 03. 23 Контроль давления агрессивных жидкостей и газов 06 03.23 Увеличение срока гарантии на частотники INNOVERT

Датчики температуры

Фамилия *?

Имя *?

Отчество?

ОПФ *

не выбраноЮр.лицоИП

Должность *

Наименование организации *?

Телефон (вводится без 8) *?

E-mail *?

Укажите наименование заказываемого продукта *

В количестве *?

• Пользовательское соглашение ?

Проектная задача

*Подтвердите, что Вы не робот:

Датчики температуры

Заполните приведенные ниже поля, и наши специалисты позвонят Вам в удобное для Вас время.

Вы можете позвонить нам сами на номер 8-8000-80-35-80 (бесплатный звонок с мобильных и стационарных телефонов в Казахстане)

Фамилия *

Отчество

ОПФ *

не выбраноЮр.

лицоИП

Должность *

Наименование организации *

Телефон (вводится без 8) *

звонок с (время Мск)?

не выбрано8-008-309-009-3010-0010-3011-0011-3012-0012-3013-0013-3014-0014-3015-0015-3016-0016-30

звонок до (время Мск)

не выбрано9-009-3010-0010-3011-0011-3012-0012-3013-0013-3014-0014-3015-0015-3016-0016-3017-00

Электронная почта

Тема вопроса *?

Проектная
задача

• Пользовательское соглашение ?

*Подтвердите, что Вы не робот:

Внимание!
Данный сервис доступен только для заказчиков из стран, входящих в таможенный союз.

Фамилия *

Отчество

ОПФ *

не выбраноЮр.лицоИП

Должность *

Наименование организации *

Телефон (вводится без 8) *

Электронная почта *

Текст обращения

• Пользовательское соглашение * ?

*Подтвердите, что Вы не робот:

ТИП РЕДУКТОРА *

не выбранонеизвестенчервячныйцилиндрический соосныйнасадной (цилиндрический с параллельными валами)цилиндро-конический

Передаточное отношение

Обороты редуктора?

Диаметр выходного вала?

Мощность?

Обороты двигателя?

Опции

не выбраноэлектрический тормоз вала двигателянезависимое охлаждение двигателяреактивная штангадругоене требуется

• Двигатель?

Количество?

Доставка?

не выбраносамовывозтранспортной компанией “Автотрейдинг”курьерской службойдругой транспортной компаниейдругой курьерской службой

Комментарий к заказу?

Контактные данные

Фамилия *

Отчество

ОПФ *

не выбраноЮр. лицоИП

Должность *

Наименование организации *

Телефон (вводится без 8) *

Электронная почта *

• Пользовательское соглашение * ?

*Подтвердите, что Вы не робот:

Датчики температуры

Данные о редукторе

Тип мотор-редуктора *?

Формат 2d?

• Autocad (.dxf)
• Autocad (.dwg )
• IGES ( .iges )
• Solid Edge ( .dft )

Формат 3d?

• Solid Edge ( .par )
• Parasolid ( .xt )
• IGES ( .igs )
• ACIS ( . sat )
• STEP ( .step )

Контактные данные

Фамилия *

Отчество

ОПФ *

не выбраноЮр.лицоИП

Должность *

Наименование организации *?

Телефон (вводится без 8) *

E-mail *?

• Пользовательское соглашение * ?

*Подтвердите, что Вы не робот:

Заполните приведенные ниже поля, и наши специалисты позвонят Вам в удобное для Вас время.

Вы можете позвонить нам сами на номер 8-8000-80-35-80 (

бесплатный звонок с мобильных и стационарных телефонов в Казахстане)

Фамилия *

Отчество

ОПФ *

не выбраноЮр.лицоИП

Должность *

Наименование организации *

Телефон (вводится без 8) *

звонок с (время Мск)?

не выбрано8-008-309-009-3010-0010-3011-0011-3012-0012-3013-0013-3014-0014-3015-0015-3016-0016-30

звонок до (время Мск)

не выбрано9-009-3010-0010-3011-0011-3012-0012-3013-0013-3014-0014-3015-0015-3016-0016-3017-00

Электронная почта

Тема вопроса *?

Транзакция

• Пользовательское соглашение ?

*Подтвердите, что Вы не робот:

Датчики температуры

Фамилия *?

Имя *?

Отчество?

ОПФ *

не выбраноЮр. лицоИП

Должность *

Наименование организации *?

Телефон (вводится без 8) *?

E-mail *?

Укажите наименование заказываемого продукта *

В количестве *?

• Пользовательское соглашение * ?

Транзакция

*Подтвердите, что Вы не робот:

Выбор продукта для датчиков температуры

– ifm

1. Продукты
2. Датчики
3. Датчики температуры

• Приборы со встроенной или отдельной оценочной электроникой
• Модульная концепция для широкого спектра применений
• Высокая безопасность процесса благодаря самоконтролю
• Изменяемое технологическое присоединение с использованием переходников
• Высокая устойчивость к ударам и вибрации

Выбрать по заявке

Все датчики температуры

Преобразователи с дисплеем для санитарных применений, тип TD

Компактные преобразователи общего назначения, тип ТА

Компактные преобразователи для гигиенических применений, тип TA

Компактные преобразователи для мобильных машин, тип ТА/ТУ

Датчики смыва для гигиенических применений, тип TA / TM

Интеллектуальные диагностические датчики с проверкой калибровки

Кабельные термометры сопротивления, тип TS

Датчики RTD, тип TM / TT

Зонды RTD для санитарных применений, тип TM / TT

Контрольные мониторы с дисплеем, тип TR

Контрольные мониторы без дисплея, тип TP

Датчики с подключением к процессу, зондом и дисплеем, тип TN

Переключатели с регулировочными дисками

Защитные гильзы

Инфракрасные датчики температуры с дисплеем, тип TW7

Инфракрасные передатчики с дисплеем, тип TW2

Промышленные машины часто требуют постоянного измерения температуры для обеспечения качества продукции и понимания состояния машины. ifm разработала линейку надежных датчиков температуры для удовлетворения потребностей различных отраслей промышленности. Если вашей машине требуется температурный выключатель для простого включения/выключения или требуется датчик температуры/датчик температуры для получения точных и надежных значений температуры, ifm предлагает решение.

Используя технологию резистивных датчиков температуры (RTD) и пройдя строгие экологические испытания, ifm заключает датчики температуры в герметичные конструкции из нержавеющей стали, чтобы обеспечить высочайшее качество работы в самых суровых условиях.

ifm предлагает полный спектр датчиков температуры, протестированных для производства продуктов питания и напитков, со степенью защиты IP69K для едких и кислотных растворов, часто используемых в циклах промывки и санитарных средах. Для станкостроения и автомобилестроения ifm предлагает ряд датчиков температуры, устойчивых к шлаку и остаткам сварки. Для металлургической, металлургической и стекольной промышленности ifm предлагает мониторинг температуры с помощью инфракрасных датчиков температуры, которые могут выдерживать высокие температуры благодаря бесконтактным инфракрасным принципам измерения.

Имея в виду эти различные области применения, ifm предлагает датчики температуры, подходящие для различных глубин установки, условий окружающей среды, типов сред, рабочих диапазонов и температурных диапазонов, включая высокие температуры. Просто нажмите кнопку «Выбрать по применению», чтобы сравнить группы продуктов ifm по средам и принципам технологии измерения, чтобы найти лучший датчик для вашего приложения.

 

Уже почти десять лет почти все датчики температуры ifm оснащаются технологией IO-Link, что позволяет увеличить объем доступных вам данных о процессе и записывать эти данные с течением времени для анализа тенденций. Эта технология действительно готова к работе, когда вы хотите использовать ее возможности. Просто подключите свой датчик к ведущим устройствам IO-Link от ifm и отправьте данные с датчика напрямую в свои системы SCADA, MES, ERP или CMMS для анализа через порт IoT, не мешая существующей инфраструктуре ПЛК. IO-Link является основой четвертой промышленной революции, обычно называемой промышленным Интернетом вещей (IIoT), лежащей в основе таких концепций, как профилактическое обслуживание.