Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

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.

Виды и принцип действия

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.

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:

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.

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

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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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  Rt 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

ТипСоставДиапазон температур
Tмедь / константанот -250 °C до 400 °C
Jжелезо / константанот -180 °C до 750 °C
Eхромель / константанот -40 °C до 900 °C
Kхромель / алюмельот -180 °C до 1 200 °C
Sплатина-родий (10 %) / платинаот 0 °C до 1 700 °C
Rплатина-родий (13 %) / платинаот 0 °C до 1 700 °C
Bплатина-родий (30 %) / платина-родий (6 %)от 0 °C до 1 800 °C
Nнихросил / нисилот -270 °C до 1 280 °C
Gвольфрам / рений (26 %)от 0 °C до 2 600 °C
Cвольфрам-рений (5 %) / вольфрам-рений (26 %)от 20 °C до 2 300 °C
Dвольфрам-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 в Ростове по выгодной цене

Датчики температуры различной конструкции

Для поиска необходимого прибора перейдите в раздел КАТАЛОГ ТОВАРОВ

Датчики температуры используются во многих отраслях промышленности, коммунального хозяйства, транспорта, строительства, медицины.

Виды датчиков температуры

Классификация датчиков температуры по типу действия:
  • терморезисторные датчики;
  • полупроводниковые датчики;
  • термоэлектрические датчики;
  • пьезоэлектрические датчики;
  • акустические датчики.


Терморезистивные датчики температуры


Терморезистивные термодатчики — это датчики, работа которых основана на принципе изменения электрического сопротивления элемента (полупроводника или проводника) при изменении температуры. Первыми такими датчиками температуры стали специальные океанографические измерители температуры. Главным элементом такого датчика является терморезистор.

Существует отдельная классификация таких датчиков температуры:

  • резистивные датчики температуры;
  • кремневые датчики температуры;
  • металл-оксидные датчики температуры.
Металлические резистивные детекторы температуры

Такие датчики изготавливаются из металла, обычно используют дорогой металл платина. При изменении температуры в среде электрическое сопротивление такого датчика меняется. Платиновые датчики обладает хорошей стабильностью и высокой прочностью. Для очень больших колебаний температуры можно применять вольфрамовые датчики. Се такие датчики имеют высокую стоимость.
Кремневые резистивные датчики температуры

К преимуществам кремневых резистивных датчиков температуры относятся:
  • высокая линейность зависимости показателей;
  • хорошая стабильность получаемых результатов.
Термисторные датчики температуры

Термисторные датчики изготавливаются из оксидов металлов. Такие датчики позволяют мерить абсолютную температуру среды. Цена таких датчиков существенно ниже, но у них есть ряд недостатков. Такие датчики имеют высокую нелинейность, что существенно усложняет пересчет результатов.

Полупроводниковые датчики температуры


Датчики температуры на основе полупроводников позволяют эффективно измерять температуру среды за счет анализа фазового перехода. транзисторы. Пропорциональная зависимость таких датчиков существенно увеличивает возможность их применения
К плюсам датчиков этого типа можно отнести следующие качества:
  • простота изготовления;
  • низкая стоимость датчика;
  • линейная зависимость показателей
  • высокая точность измерения.

Термоэлектрические датчики температуры (или термопары)


Термоэлектрические преобразователи еще носят название "термопары". Такие датчики работают по типу термоэлектрического эффекта. Один конец такого датчика а опускают в измеряемую среду, а второй оставляют свободным. Таким образом измеряют разность показателе датчиков на обеих концах. И на основе этой информации получают значение температруы в среде.
Такие датчики имеют очень большой диапазон измеряемых температур, от -300 до 2500 градусов.

Акустические датчики температуры


Акустические термодатчики – используются преимущественно для измерения средних и высоких температур и применяются в экстремальных условиях (в диапазоне криогенных температур, при высоких уровнях радиации в ядерных реакторах и т.д.), а также при проведении измерений в замкнутом герметичном объеме, где невозможно разместить контактные датчики или использовать пирометры. Состоят из пространственно разнесенных излучателя и приемника акустических волн. Излучатель испускает сигнал, который проходит через исследуемую среду. Измеряя время прохождения сигнала известного расстояния между излучателем и приемником и зная базовую скорость распространения ультразвука в данной среде при известной температуре вычислитель считает скорость распространения при данной температуре, по которой затем вычисляется температура

Пьезоэлектрические датчики температуры


В датчиках этого типа главным элементов является кварцевый пьезорезонатор.
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.

Приборы для определения давления применяются, практически, во всех отраслях промышленности, особенно в машиностроении, химической, пищевой промышленности и энергетике. Датчики давления можно разделить на следующие группы по типу измеряемого давления: Датчики абсолютного давления. Точкой отсчета для датчиков абсолютного давления служит нулевое давление, то есть вакуум. Их применяют в основном на химических, пищевых производствах, в фармацевтике - там, где параметры технологического процесса зависят от абсолютного значения давления. Измеряемое абсолютное давление обычно не превышает значения 50-60 Бар. Датчики относительного давления. Показания этих датчиков отсчитываются от значения внешнего атмосферного давления. Датчики относительного давления применяют в системах водоснабжения, различных трубопроводах и емкостях. Далее - датчики дифференциального давления. Датчики имеют два входа, и результатом измерения является разница давлений между этими двумя входами. Эта разница может быть как положительной, так и отрицательной, однако некоторые модели датчиков могут измерять только односторонние изменения давлений. Датчики дифференциального давления применяются для контроля загрязнения фильтров при фильтрации жидкостей, или газов. Также они могут использоваться как датчики уровня жидкости при измерении уровня гидростатическим методом

Купить датчики температуры по выгодной цене

Купить по низкой цене датчики температуры в Ростове-на-Дону, Ростовской области, в Краснодаре и Краснодарском Крае, Ставрополе и Ставропольском Крае, Волгограде и Волгоградской области, в городах: Грозный, Нальчик, Владикавказ, Махачкала и других городах Юга России можно в нашей компании. Все покупатели могут получить бонусы и подарки!

Доставка датчиков температуры в города Юга России


Мы доставим датчики для измерения температуры в течении одного - двух дней в города: Ростов, Таганрог, Новочеркасск, Азов, Шахты, Волгоград, Элиста, Астрахань, Ставрополь, Невинномысск, Минеральные Воды, Волгодонск, Сальск, Краснодар, Тихорецк, Тимашевск, Сочи, Новороссийск, Анапа, Туапсе, Геленджик, Ейск, Майкоп, Армавир, Кисловодск, Пятигорск, Железноводск, Черкесск, Нальчик, Владикавказ, Грозный, Махачкала.

Техническая документация и гарантии на температурные датчики

На все виды датчиков измерения температуры наша компания представляет полный пакет сопроводительных документов и технической документации. Все приборы имеют длительный срок эксплуатации и обеспечиваются заводской гарантией и сервисным обслуживанием. Инженеры нашей компании готовы предоставить самую подробную информацию о датчиках температуры и способах их установки.

ДАТЧИКИ ТЕМПЕРАТУРЫ

   В этой статье мы обсудим различные типы датчиков температуры и возможность их использования в каждом конкретном случае. Температура — это физический параметр, который измеряется в градусах. Она является важнейшей частью любого измерительного процесса. К областям требующим точных измерений температуры относится медицина, биологические исследования, электроника, исследования различных материалов, и тепловых характеристик электротехнической продукции. Устройство, используемое для измерения количества тепловой энергии, позволяющее  нам обнаружить физические изменения температуры известно как датчик температуры. Они бывают цифровые и аналоговые.

Основные типы датчиков

   В целом, существует два методы получения данных:

   1. Контактный. Контактные датчики температуры находятся в физическом контакте с объектом или веществом. Они могут быть использованы для измерения температуры твердых тел, жидкостей или газов.

   2. Бесконтактный. Бесконтактные датчики температуры производят обнаружение температуры, перехватывая часть инфракрасной энергии, излучаемой объектом или веществом и чувствуя его интенсивность. Они могут быть использованы для измерения температуры только в твердых телах и жидкостях. Измерять температуру газов они не в состоянии из-за их бесцветности (прозрачности).

Типы датчиков температуры

   Есть много различных типов датчиков температуры. От простых контролирующих процесс вкл/выкл термостатического устройства, до сложных контролирующих системы  водоснабжения, с функцией её нагрева применяемых в процессах выращивания растений. Два основных типа датчиков, контактные  и бесконтактные далее подразделяются на резистивные, датчики напряжения и электромеханические датчики. Три наиболее часто используемых датчика температуры это:

  • Термисторы
  • Термопреобразователи сопротивления
  • Термопары

   Эти датчики температуры отличаются друг от друга с точки зрения эксплуатационных параметров.

Термистор

   Термистор — это чувствительный резистор, изменяющий свое физическое сопротивление с изменением температуры. Как правило, термисторы изготавливаются из керамического полупроводникового материала, такого как кобальт, марганец или оксид никеля и покрываются  стеклом. Они представляют собой небольшие плоские герметичные диски, которые сравнительно быстрое реагируют на любые изменения температуры.

   За счет полупроводниковых свойств материала, термисторы имеют отрицательный температурный коэффициент (NTC), т.е. сопротивление уменьшается с увеличением температуры. Однако, есть также термисторы, с положительным температурным коэффициентом (ПТК), их сопротивление возрастает с увеличением температуры.

График работы термистора

Преимущества термисторов

  • Большая скорость реагирования на изменения температуры, точность.
  • Низкая стоимость.
  • Более высокое сопротивление в диапазоне от 2,000 до 10,000 ом.
  • Гораздо более высокая чувствительность (~200 ом/°C) в пределах ограниченного диапазона температур до 300°C.

Зависимости сопротивления от температуры

   Зависимость сопротивления от температуры выражается следующим уравнением:

   где A, B, C — это константы (предоставляются условиями расчёта), — сопротивление в Омах, — температура в Кельвинах.  Вы можете легко рассчитать  изменение температуры от изменения сопротивления или наоборот.

Как использовать термистор?

   Термисторы оцениваются по их резистивному  значению при комнатной температуре (25°C). Термистор-это пассивное резистивное  устройство, поэтому оно требует производства контроля текущего выходного напряжения. Как правило, они соединены последовательно с подходящими стабилизаторами, образующими делитель напряжения сети.

   Пример: рассмотрим термистор с сопротивлением значение 2.2K при 25°C и 50 Ом при 80°C. Термистор подключен последовательно с 1 ком резистором через 5 В питание.

   Следовательно, его выходное напряжение может быть рассчитано следующим образом:

   При 25°C, RNTC = 2200 Ом;

   При 80°C, RNTC = 50 Ом;

   Однако, важно отметить, что при комнатной температуре стандартные значения сопротивлений различны для различных термисторов, так как они являются нелинейными. Термистор имеет экспоненциальное изменение температуры, а следовательно-бета постоянную, которую используют, чтобы вычислить его сопротивление для заданной температуры. Выходное напряжение на резисторе и температура  линейно связаны.

Резистивные датчики температуры

   Температурно-резистивные датчики (термопреобразователи сопротивления) изготовлены из редких металлов, например платины, чье электрическое сопротивление изменяется от соответственно изменению температуры.

   Резистивный детектор температуры имеет положительный температурный коэффициент  и в отличие от термисторов, обеспечивает высокую точность измерения температуры.  Однако, у них слабая чувствительность. Pt100 являются наиболее широко доступным датчиком со стандартным значение сопротивления 100 Ом при 0°C. Основным недостатком является высокая стоимость.

Преимущества таких датчиков

  • Широкий  диапазон  температур от -200 до 650°C
  • Обеспечивают высокий выход по току падения
  • Более линейны по сравнению с термопарами  и термосопротивлениями

Термопары

   Наиболее часто используются датчики температуры-термопары, потому что они точны, работают в широком диапазоне температур от -200°C до 2000°C, и стоят сравнительно недорого.  Термопара с проводом и штепсельной вилкой на фото далее:

Работа термопар

   Термопара изготовляется из двух разнородных металлов, сваренных вместе, что даёт эффект разности потенциалов от температуры. От разницы температур между двумя спаями, образуется напряжение, которое используется для измерения температуры. Разность напряжений между двумя спаями называется “эффект Зеебека”.

   Если оба соединения имеют одинаковую температуру, потенциал различия  в разных соединениях равен нулю, т.е. V1 = V2. Однако, если спаи имеют разную температуру,  выходное напряжение относительно разности температур между двумя спаями будет равно их разности V1 — V2.

Типы термопар

   В зависимости от конструкции и назначения различают термопары погружаемые и поверхностные; с обыкновенной, взрывобезопасной, влагонепроницаемой или иной оболочкой (герметичной или негерметичной), а также без оболочки; обыкновенные, виброустойчивые и ударопрочные; стационарные и переносные и другие.

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 измерения температуры | Датчики температуры

Сравнение различных видов датчиков температуры

Датчики температуры используются везде, где рабочие параметры системы так или иначе зависят от температурных факторов. Сегодня выпускаются различные виды датчиков температуры: термопары, термисторы, терморезистивные датчики с линейной зависимостью выходного сигнала, а также полупроводниковые датчики с цифровым выходом.

Терморезистивные датчики (RTDs - Resistance Temperature Devices) работают при пропускании через них электрического тока и применяются в мостовых схемах. Термисторы с положительным и отрицательным температурным коэффициентом имеют высокую чувствительность к измеряемой температуре, что нельзя сказать о линейности выходного сигнала.

Полупроводниковые датчики работают в широком диапазоне температур и имеют высокую точность. Кроме того, такие датчики имеют встроенную схему усиления сигнала, позволяющую устанавливать требуемую температурную зависимость.

Термопары предлагают идеальное решение для измерений температуры в максимальном диапазоне (до +2300°С). Кроме того, устройства имеют высокую воспроизводимость и точность. Следует отметить, что термопары требуют схем усиления сигнала для его последующей обработки.

Также, датчики температуры различаются по материалу исполнения чувствительного элемента и типу корпусирования: датчики с полупроводниковым чувствительным элементом, датчики с платиновым чувствительным элементом, корпусированные датчики. Измеряемая температура преобразовывается в сопротивление со стабильной линейной зависимостью. Датчики гарантируют стабильный линейный выходной сигнал (сопротивление или напряжение) с малым временем отклика.

Датчики измеряют температуру, изменения которой пропорциональны изменениям выходного сопротивления или напряжения. Датчики удобны для приложений, требующих небольших габаритных размеров, точности и линейного выходного сигнала. Датчики Honeywell могут быть взаимозаменяемы без дополнительной калибровки.

Область применения

  • системы контроля окружающей среды (комнатные помещения, вентиляционные короба, холодильное оборудование)
  • двигатели, защита от перегрузки
  • электронные установки термоконтроля и термокомпенсации
  • системы управления технологическими процессами – регулировка температуры
  • автомобильная электроника: температура воздуха и масла
  • бытовые приложения: контроль нагрева и охлаждения

Сравнение датчиков температуры

Способность выдерживать высокие температурные нагрузки, отличная устойчивость к химическим воздействиям, биологическая инертность и высокая стабильность делают платину уникальным материалом для терморезистивных измерительных элементов, нагревателей и электродов. В связи с особыми свойствами платины, температурные резисторы 1, 2 и 10 кОм имеют ряд преимуществ по сравнению с традиционными полупроводниковыми датчиками (KTY) и термисторами (NTC).

  • высокая точность
  • низкий дрейф
  • долгий срок службы
  • высокая линейность выходных характеристик
  • стандартизация характеристик гарантирует взаимозаменяемость датчиков
  • малое время отклика
  • высокая стойкость к температурным перегрузкам
  • широкий диапазон измеряемых температур (-196…+1000°С)

Электрическое сопротивление платиновых терморезисторов зависит от длины токопроводящей дорожки. Выпускается два типа датчиков: базовые элементы и специализированные датчики по спецификации заказчика.

Металлооксидные NTC термисторы

Датчики температуры

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 ».

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 – 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 .

Датчики температуры.

Контроль над температурой составляют основу многих технологических процессов. Измерение температуры жидкости, газа, твердой поверхности или сыпучего порошка - каждый случай имеет свою особенность, которую необходимо понимать, чтобы измерения максимально соответствовали поставленной задаче. Существует множество датчиков температуры, построенных с использованием различных физических законов. Одни из них прекрасно справляются с конкретной задачей по измерению температуры, другие предназначены для универсального использования. В данной статье описаны основные типы датчиков для измерения температуры, их особенности, слабые и сильные стороны, задачи, для которых они предназначены.

Если рассматривать датчики температуры для промышленного применения, то можно выделить их основные классы: кремниевые датчики температуры, биметаллические датчики, жидкостные и газовые термометры, термоиндикаторы, термисторы, термопары, термометры сопротивления, инфракрасные датчики температуры.

Кремниевые датчики температуры используют зависимость сопротивления полупроводникового кремния от температуры. Диапазон измеряемых температур для таких датчиков составляет от -50 С до +150 С. Внутри этого диапазона кремниевые датчики температуры показывают хорошую линейность и точность. Возможность производства в одном корпусе такого датчика не только самого чувствительного элемента, но так же и схем усиления и обработки сигнала, обеспечивает датчику хорошую точность и линейность внутри температурного диапазона. Встроенная в такой датчик энергонезависимая память позволит индивидуально откалибровать каждый прибор. Большим плюсом можно назвать большое разнообразие типов выходного интерфейса: это может быть напряжение, ток, сопротивление, либо цифровой выход, позволяющий подключить такой датчик к сети передачи данных. Из слабых мест кремниевых датчиков температуры можно отметить узкий температурный диапазон и относительно большие размерами по сравнению с аналогичными датчиками других типов, особенно термопарами. Кремниевые датчики температуры применяются в основном для измерения температуры поверхности, температуры воздуха, особенно внутри различных электронных приборов. Например можно назвать температурные регистраторы компании Dallas semiconductor выпускаемые под маркой THERMOCHRON. Регистраторы имеют кремниевый датчик температуры, микросхему обработки сигнала и память для сохранения результатов.

Биметаллический датчик температуры. как следует из названия, сделан из двух разнородных металлических пластин, скрепленных между собою. Различные металлы имеют различный коэффициент расширения при той или иной температуре. Например, константан практически не расширяется при температуре, железо, напротив испытывает заметное расширение. Если полоски из этих металлов скрепить между собой и нагреть (или охладить), то они изогнутся. В биметаллических датчиках пластинки замыкают или размыкают контакты реле, или двигают стрелку индикатора. Диапазон работы биметаллических датчиков от -40 С до +550 С. Биметаллические датчики используют для измерения поверхности твердых тел, реже для измерения температуры жидкости. Основным преимуществом датчиков является простота и надежность конструкции, возможность работы без электрического тока, низкая стоимость. Вместе с тем, биметаллические датчики температуры имеют большой разброс характеристик, а так же большой гистерезис переключения, особенно при низких температурах. Основные области применения биметаллических температурных датчиков – автомобильная промышленность, системы отопления и нагрева воды.

Жидкостные и газовые термометры наиболее старые типы датчиков температуры. Первая шкала температуры была предложена Фаренгейтом в начале 18-го века именно для жидкостного термометра. Жидкостные термометры используют эффект расширения жидкостей при повышении температуры. В качестве жидкостей используется спирт или ртуть в диапазоне комнатных температур. Для измерений низких температур, например в криогенной технике, может быть использован жидкий неон, а для измерения высоких температур обычно используют галлий, который находится в жидком состоянии уже от 20 С. В газовых термометрах используется эффект расширения, при переходе вещества из жидкого в газообразное состояние. Газ давит через мембрану и замыкает электрические контакты. Диапазон измерений для жидкостных и газовых термометров от -200 С до +500 С. Термометры этого класса обычно применяются для визуального контроля температуры, либо в качестве термостатов в различных нагревателях и холодильной технике.

Термоиндикаторы – это особые вещества, изменяющие свой цвет под воздействием температуры. Такое изменение цвета может быть как обратимым, так и необратимым. В диапазоне комнатных температур используются термоиндикаторы на основе жидких кристаллов. Они плавно изменяют свой цвет при изменении температуры. Изменения эти, как правило, обратимые. Производятся они в виде пленки, часто с клейкой подложкой, и служат для оперативного визуального контроля температуры. Для низких и высоких температур производятся в основном необратимые термоиндикаторы. То есть, если температура хотя бы один раз превысила допустимую, то индикатор необратимо меняет свой цвет. Такие термоиндикаторы используют, например, для контроля за замороженными продуктами. Если в процессе хранения или транспортировки температура хоть раз была выше допустимой, то изменившаяся окраска термоиндикатора сообщит об этом. Основное достоинство термоиндикаторов низкая стоимость. Их можно использовать как одноразовые датчики температуры.

Термисторы. В этом классе датчиков используется эффект изменения электрического сопротивления материала под воздействием температуры. Обычно в качестве термисторов используют полупроводниковые материалы, как правило, оксиды различных металлов. В результате получаются датчики с высокой чувствительностью. Однако большая нелинейность позволяет использовать термисторы лишь в узком диапазоне температур. Термисторы имеют невысокую стоимость и могут изготавливаться в миниатюрных корпусах, позволяя увеличить тем самым быстродействие. Существует два типа термисторов, использующих положительный температурный коэффициент – когда электрическое сопротивление растет с повышением температуры и использующих отрицательный температурный коэффициент – здесь электрическое сопротивление падает при повышении температуры. Термисторы не имеют определенной температурной характеристики. Она зависит от конкретной модели прибора и области его применения. Основными достоинствами термисторов является их высокая чувствительность, малые размеры и вес, позволяющие создавать датчики с малым временем отклика, что важно, например, для измерения температуры воздуха. Безусловно, невысокая стоимость так же является их достоинством, позволяя встраивать датчики температуры в различные приборы. К недостаткам можно отнести высокую нелинейность термисторов, позволяющую их использовать в узком температурном диапазоне. Использование термисторов так же ограничено в диапазоне низких температур. Большое количество моделей с различными характеристиками и отсутствие единого стандарта, заставляет производителей оборудования использовать термисторы только одной конкретной модели без возможности замены.

Инфракрасные датчики температуры или пирометры измеряют температуру поверхности на расстоянии. Принцип из работы основан на том, что любое тело при температуре выше абсолютного нуля излучает электромагнитную энергию. При низких температурах это излучение в инфракрасном диапазоне, при высоких температурах часть энергии излучается уже в видимой части спектра. Интенсивность излучения напрямую связана с температурой нагретого объекта. Диапазон измерений температур бесконтактными датчиками от -45 С до +3000 С. Причем в диапазоне высоких температур инфракрасным датчикам нет конкуренции. Для измерения в различных диапазонах температур используются различные участки инфракрасного спектра. Так при низких температурах это обычно диапазон длин волн электромагнитного излучения 7 – 14 микрон. В диапазоне средних температур это может быть 3 – 5 микрон. При высоких температурах используется участок о районе 1 микрон. Однако и здесь есть свои особенности, связанные с решением конкретной задачи. Так для измерения температуры тонких полимерных пленок используются датчики, работающих на длинах волн 3,43 или 7,9 микрометров, а для измерения температуры стекла используют датчики, работающие в диапазоне 5 микрон. Для правильного измерения температуры необходимо еще ряд факторов. Прежде всего это излучательная способность. Она связана с коэффициентом отражения простой формулой: E = 1 – R, где Е – излучательная способность, R – коэффициент отражения. У абсолютно черного теля излучательная способность равна 1. У большинства органических материалов, таких как дерево, пластик, бумага, излучательная способность находится в диапазоне 0,8 – 0,95. Металлы, особенно полированные напротив имеют низкую излучательную способность, которая в этом случае будет 0,1 – 0,2. Для правильного измерения температуры необходимо определить и установить излучательую способность измеряемого объекта. Если значения будут выбраны неправильно, то температура будет измеряться неверно. Обычно показания занижаются. Так, если металл имеет излучательную способность 0,2, а на датчике установлен коэффициент 0,95 (он обычно используется по умолчанию), то при наведении на нагретый до 100 С металлический объект датчик будет показывать температуру около 25 С. Корректировать излучательную способность можно определив ее для различных материалов по справочнику, либо измеряя температуру поверхности альтернативным способом, например термопарой, вносить необходимые поправки. Хорошие результаты при не очень высоких температурах дает окраска специальной термостойкой, черной краской измеряемой поверхности. Второй важной характеристикой инфракрасного датчика является оптическое отношение – это отношение расстояния до объекта измерений к размеру области с которой эти измерения ведутся. Например оптическое отношение 10:1 означает, что на расстоянии 10 метров размер площади, с которой ведется измерение температуры составляет 1 метр. Современные инфракрасные датчики температуры имеют оптическое отношение достигающие 300:1. Основные достоинства инфракрасных датчиков температуры: малое время отклика. Это самые быстродействующие датчики температуры. Возможность измерения температуры движущихся объектов. Измерения температуры в труднодоступных и опасных местах. Измерение высоких температур, там, где другие датчики уже не работают. К достоинствам можно отнести то, что отсутствует непосредственный контакт с объектом и соответственно не происходит его загрязнения. Это может быть важно в полупроводниковой промышленности или фармацевтике.

Термометры сопротивления это резисторы, изготовленные из платины, меди или никеля. Это могут быть проволочные резисторы, либо металлический слой может быть напыленным на изолирующую подложку, обычно керамическую или стеклянную. Платина чаще всего применяется в термометрах сопротивления из-за ее высокой стабильности и линейности изменения сопротивления с температурой. Медь используется в основном для измерения низких температур, а никель в недорогих датчиках для измерения в диапазоне комнатных температур. Для защиты от внешней среды платиновые термометры сопротивления помещают в защитные металлические чехлы и изолируют керамическими материалами, такими как оксид алюминия или оксид магния. Такая изоляция снижает так же воздействие вибрации и ударов на датчик. Однако вместе с дополнительной изоляцией растет и время отклика датчика на резкие температурные изменения. Платиновые термометры сопротивления одни из самых точных датчиков температуры. Кроме того, они стандартизированы, что значительно упрощает их использование. Стандартно производятся датчики сопротивлением 100 и 1000 Ом. Изменение сопротивления таких датчиков с температурой дается в любых тематических справочниках в виде таблиц или формул. Диапазон измерений платиновых термометров сопротивления составляет -180 С +600 С. Несмотря на изоляцию, стоит оберегать термометры сопротивления от сильных ударов и вибрации.

Термопары представляют собой две проволоки из различных металлов, сваренных между собой на одном из концов. Термоэлектрический эффект открыл немецкий физик Зеебек в первой половине 19-го века. Он открыл, что если соединить два проводника из разнородных металлов таким образом, что бы они образовывали замкнутую цепь и поддерживать места контактов проводников при разной температуре, то в цепи потечет постоянный ток. Экспериментальным путем были подобраны пары металлов, которые в наибольшей степени подходят для измерения температуры, обладая высокой чувствительностью, временной стабильностью, устойчивостью к воздействию внешней среды. Это например пары металлов хромель-аллюмель, медь-константан, железо-константан, платина-платина/родий, рений-вольфрам. Каждый тип подходит для решения своих задач. Термопары хромель-алюмель (тип К) имеют высокую чувствительность и стабильность и работают до температур вплоть до 1300 С в окислительной или нейтральной атмосфере. Это один из самых распространенных типов термопар. Термопара железо-константан (тип J) работает в вакууме, восстановительной или инертной атмосфере при температурах до 500 С. При высоких температурах до 1500 С используют термопары платина- платина/родий (тип S или R) в керамических защитных кожухах. Они прекрасно измеряют температуру в окислительной, нейтральной среде и вакууме.

Заключение.

Будь то платиновый термометр сопротивления, термопара, инфракрасный датчик, кремниевый датчик или термистор, каждый из них обладает рядом уникальных свойств, позволяющих наилучшим образом решить задачу по измерению температуры. Высокая точность и стабильность отличают платиновые термометры сопротивления. Достоинством кремниевых датчиков так же является высокая точность, пусть и в узком температурном диапазоне. Термисторы обладают высокой чувствительностью и невысокой ценой, что позволяет встраивать их в различные электронные приборы. Инфракрасные датчики температуры позволяют измерить быстропротекающие температурные процессы и объекты с очень высокой температурой. К достоинствам термопар несомненно можно отнести точность и стабильность показаний в широком диапазоне температур, их устойчивость в неблагоприятным воздействиям внешней среды.

Оценить статью

Средняя оценка: 4.1

4 наиболее распространенных типа датчиков температуры

Некоторые приложения, такие как оборудование, используемое для создания жизненно важных лекарств, требуют, чтобы датчики температуры были чувствительными и точными для критического контроля качества; однако для некоторых приложений, например для термометра в автомобиле, не требуются такие точные или чувствительные датчики. Четыре наиболее распространенных типа датчиков температуры с диапазоном чувствительности и точности от высокого до низкого:

  • Термисторы с отрицательным температурным коэффициентом (NTC)
  • Температурные датчики сопротивления (RTD)
  • Термопары
  • Полупроводниковые датчики

Датчик температуры-Термисторный зонд

Типы датчиков температуры

1. Термистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC)

Термистор - это термочувствительный резистор, который демонстрирует непрерывное небольшое постепенное изменение сопротивления, коррелированное с изменениями температуры. Термистор NTC обеспечивает более высокое сопротивление при низких температурах. При повышении температуры сопротивление постепенно падает в соответствии с таблицей R-T. Небольшие изменения точно отражаются из-за больших изменений сопротивления на ° C. Выход термистора NTC является нелинейным из-за его экспоненциальной природы; однако его можно линеаризовать в зависимости от его применения.Эффективный рабочий диапазон составляет от -50 до 250 ° C для термисторов в стеклянной капсуле или 150 ° C для стандартных термисторов.

2. Температурный датчик сопротивления (RTD)

Температурный датчик сопротивления, или RTD, изменяет сопротивление элемента RTD в зависимости от температуры. RTD состоит из пленки или, для большей точности, провода, намотанного на керамический или стеклянный сердечник. Платина составляет самые точные RTD, в то время как никель и медь делают RTD, которые дешевле; однако никель и медь не так стабильны или воспроизводимы, как платина.Платиновые термометры сопротивления обеспечивают высокоточный линейный выходной сигнал в диапазоне от -200 до 600 ° ° C, но они намного дороже, чем медь или никель.

3. Термопары

Термопара состоит из двух проводов из разных металлов, электрически соединенных в двух точках. Различное напряжение, создаваемое между этими двумя разнородными металлами, отражает пропорциональные изменения температуры. Термопары нелинейны и требуют преобразования с помощью таблицы при использовании для контроля температуры и компенсации, обычно выполняемой с использованием таблицы поиска.Точность низкая, от 0,5 ° C до 5 ° C, но термопары работают в самом широком диапазоне температур, от -200 ° C до 1750 ° C.

4. Датчики температуры на основе полупроводников

Датчик температуры на основе полупроводника обычно встраивается в интегральные схемы (ИС). В этих датчиках используются два идентичных диода с чувствительными к температуре характеристиками напряжения и тока, которые используются для отслеживания изменений температуры. Они предлагают линейный отклик, но имеют самую низкую точность среди основных типов датчиков.Эти датчики температуры также имеют самую медленную реакцию в самом узком диапазоне температур (от -70 ° C до 150 ° C).

Измерение температуры в повседневной жизни

Датчики температуры жизненно необходимы в повседневной жизни. Эти важные технологии измеряют количество тепла, выделяемого объектом или системой. Приведенные измерения позволяют нам физически ощутить изменение температуры. Одна из важных функций датчиков температуры - предотвращение. Датчики температуры обнаруживают, когда достигается заданная высокая точка, что дает время для профилактических действий. Хороший пример - пожарные извещатели.

По данным sensormag.com:

Измерение температуры - одно из наиболее чувствительных свойств или параметров в таких отраслях, как нефтехимическая, автомобильная, аэрокосмическая, оборонная, бытовая электроника и т. Д. Эти датчики устанавливаются в устройства с целью точного и эффективного измерения температуры среды в соответствии с заданным набором требований.

Надежная схема определения температуры, использующая термисторный датчик NTC, может быть экономически эффективным способом разработки схемы без ущерба для быстродействия или точности.

7 основных типов датчиков измерения температуры

Будь то термометр или термопара, различные типы датчиков измеряют температуру

Температура определяется как уровень энергии вещества, о котором можно судить по некоторым изменениям в этом веществе.Существует множество датчиков для измерения температуры, и у них есть одна общая черта: все они измеряют температуру, регистрируя некоторые изменения в физических характеристиках.

Здесь рассматриваются семь основных типов датчиков измерения температуры: термопары, резистивные температурные устройства (RTD, термисторы), инфракрасные излучатели, биметаллические устройства, устройства расширения жидкости, молекулярные устройства изменения состояния и кремниевые диоды.

1. Термопары

Термопары - это устройства измерения напряжения, которые показывают измерение температуры при изменении напряжения.При повышении температуры выходное напряжение термопары возрастает - не обязательно линейно.

Часто термопара находится внутри металлического или керамического экрана, который защищает ее от воздействия различных сред. Термопары в металлической оболочке также доступны со многими типами внешнего покрытия, такими как тефлон, для беспроблемного использования в кислотах и ​​сильных щелочных растворах.

2. Терморезистивные устройства для измерения температуры

Терморезистивные устройства измерения температуры также бывают электрическими.Вместо того, чтобы использовать напряжение, как это делает термопара, они используют другую характеристику вещества, которая изменяется с температурой - ее сопротивление. Два типа резистивных устройств, с которыми мы имеем дело в OMEGA Engineering, Inc., в Стэмфорде, штат Коннектикут, - это металлические резистивные температурные устройства (RTD) и термисторы.

В общем, RTD более линейны, чем термопары. Они увеличиваются в положительном направлении, при этом сопротивление увеличивается с ростом температуры. С другой стороны, термистор имеет совершенно другую конструкцию.Это чрезвычайно нелинейное полупроводниковое устройство, сопротивление которого будет уменьшаться при повышении температуры.

3. Инфракрасные датчики

Инфракрасные датчики - это бесконтактные датчики. Например, если вы без контакта поднесете типичный инфракрасный датчик к передней части стола, датчик сообщит вам температуру стола благодаря своему излучению - вероятно, 68 ° F при нормальной комнатной температуре.

При бесконтактном измерении ледяной воды он будет измерять немного ниже 0 ° C из-за испарения, что немного снижает ожидаемое значение температуры.

4. Биметаллические устройства

Биметаллические устройства используют расширение металлов при нагревании. В этих устройствах два металла соединены вместе и механически связаны с указателем. При нагревании одна сторона биметаллической полосы расширяется больше, чем другая. А при правильном подключении к стрелке отображается измерение температуры.

Преимущества биметаллических устройств - портативность и независимость от источника питания.Однако они обычно не так точны, как электрические устройства, и вы не можете легко записать значение температуры, как с электрическими устройствами, такими как термопары или RTD; но портативность - определенное преимущество для правильного приложения.

5. Термометры

Термометры - это хорошо известные устройства для расширения жидкости, которые также используются для измерения температуры. Вообще говоря, они бывают двух основных категорий: ртутного типа и органического, обычно красного, жидкого типа.Разница между ними заметна, потому что ртутные устройства имеют определенные ограничения, когда речь идет о том, как их можно безопасно транспортировать или отправлять.

Например, ртуть считается загрязнителем окружающей среды, поэтому ее поломка может быть опасной. Обязательно ознакомьтесь с действующими ограничениями на воздушную перевозку ртутных продуктов перед отправкой.

6. Датчики изменения состояния

Датчики изменения состояния температуры измеряют именно это - изменение состояния материала, вызванное изменением температуры, например, переход от льда к воде, а затем к пару.Коммерчески доступные устройства этого типа имеют форму этикеток, гранул, мелков или лаков.

Например, этикетки можно использовать на конденсатоотводчиках. Когда ловушка требует регулировки, она нагревается; тогда белая точка на этикетке станет черной, указывая на повышение температуры. Точка остается черной, даже если температура нормализуется.

Наклейки с изменением состояния показывают измерение температуры в ° F и ° C. В устройствах этого типа белая точка становится черной при превышении указанной температуры; и это необратимый датчик, который остается черным после изменения цвета.Этикетки с температурой полезны, когда вам нужно подтверждение того, что температура не превысила определенный уровень, возможно, по техническим или юридическим причинам во время транспортировки. Поскольку устройства изменения состояния неэлектричны, как биметаллическая полоса, они имеют преимущество в определенных областях применения. Некоторые формы этого семейства сенсоров (лак, мелки) не меняют цвет; оставленные ими следы просто исчезают. Пеллетный вариант визуально деформируется или полностью тает.

Ограничения включают относительно низкое время отклика.Поэтому, если у вас наблюдается резкий скачок температуры, который быстро растет, а затем очень быстро падает, видимой реакции может не быть. Точность также не так высока, как у большинства других устройств, более широко используемых в промышленности. Однако в той области применения, где вам нужна нереверсивная индикация, не требующая электроэнергии, они очень практичны.

Другие двусторонние этикетки работают по совершенно иному принципу, используя жидкокристаллический дисплей. Цвет дисплея меняется с черного на коричневый, синий или зеленый, в зависимости от достигнутой температуры.

Например, типичная этикетка вся черная, когда температура ниже измеряемой. По мере увеличения измерения температуры, скажем, в точке 33 ° F появится цвет - сначала синий, затем зеленый и, наконец, коричневый, когда он пройдет через заданную температуру. В любом конкретном жидкокристаллическом устройстве вы обычно видите два соседних цветных пятна - синее чуть ниже индикатора температуры и коричневое чуть выше. Это позволяет вам оценить температуру, например, между 85 ° и 90 ° F.

Несмотря на то, что он не совсем точен, он имеет преимущества в виде небольшого прочного неэлектрического индикатора, который постоянно обновляет результаты измерения температуры.

7. Кремниевый диод

Кремниевый диодный датчик - это устройство, разработанное специально для криогенного диапазона температур. По сути, это линейные устройства, в которых проводимость диода линейно увеличивается в низкокриогенных областях.

Какой бы датчик вы ни выбрали, он вряд ли будет работать сам по себе.Поскольку большинство вариантов выбора датчиков совпадают по диапазону температур и точности, выбор датчика будет зависеть от того, как он будет интегрирован в систему.

Эта статья была первоначально опубликована 28 декабря 2000 г. Она была изменена для ясности.

Температурные датчики

Выбор датчика температуры для вашего приложения может оказаться непосильной задачей. Сегодняшний ассортимент датчиков на рынке шире, чем когда-либо, и легко потеряться, если вы не знакомы с калибровками.

Эта статья предназначена для объяснения различий между тремя основными типами датчиков температуры: термопарами, RTD и термисторами. Прочитав его, вы поймете плюсы и минусы каждого типа и научитесь их определять.

Обладая этими новыми знаниями, вы сможете выбрать наиболее подходящий тип датчика температуры для вашего приложения.

Три типа датчика температуры

Как и все технологии, датчики температуры претерпели значительные изменения за прошедшие годы.Сегодня в промышленности используются три основных типа.

Термопары

В термопаре используются две металлические проволоки для создания напряжения, соответствующего температуре в соединении между ними. Существует множество специализированных типов термопар - они могут комбинировать разные металлы для измерения различных характеристик и диапазонов температур, а также производить специализированную калибровку.

Подробнее о термопарах читайте здесь.

Температурные датчики сопротивления (RTD)

Датчик RTD измеряет температуру на основе изменений сопротивления металлического резистора внутри.Самые популярные датчики RTD, называемые датчиками PT100, используют платину и имеют сопротивление 100 Ом при 0 ° C.

Подробнее о датчиках PT100 читайте здесь.

Термисторы

Термистор похож на RTD, но содержит керамический или полимерный резистор вместо металла.

Подробнее о термисторах читайте здесь

Тип датчика Термистор RTD Термопара
Диапазон температур (стандартный) от -100 до 325 ° C от -200 до 650 ° C от 200 до 1750 ° C
Точность (типовая) 0. От 05 до 1,5 ° C от 0,1 до 1 ° C
от 0,5 до 5 ° С
Долговременная стабильность при 100 ° C 0,2 ° C / год 0,05 ° C / год Переменная
Линейность Экспоненциальная Довольно линейный Нелинейное
Требуемая мощность Постоянное напряжение или ток Постоянное напряжение или ток Автономный
Время отклика Быстро
0.12–10 с
Обычно медленно
от 1 до 50 с
Быстро
0,10 до 10 с
Восприимчивость к электрическому шуму Редко восприимчивый
Только высокое сопротивление
Редко восприимчивые Компенсация чувствительного / холодного спая
Стоимость От низкого до среднего Высокая Низкая

Сравнение термопар, RTD и термисторов

Пригодность каждого типа датчика зависит от вашего приложения. Поэтому невозможно сказать, какой из них лучше всего. Основные преимущества и недостатки каждого датчика приведены в таблице ниже.

Тип датчика Преимущества Недостатки
Термопара Диапазон температур
Автономный
Нет Самонагрева
Прочный
Компенсация холодного спая
Точность
Стабильность
Удлинители TC
RTD Точность
Стабильность
Линейность
Ошибка сопротивления провода
Время отклика
Вибростойкость
Размер
Термистор Чувствительность
Точность
Стоимость
Прочный
Герметичное уплотнение
Монтаж на поверхность
нелинейность
Самонагревающийся
Узкие диапазоны

Типичные варианты использования для каждого типа датчика

Я несколько раз отмечал, что тип датчика температуры следует выбирать в зависимости от вашего применения. Многие приложения могут обслуживаться более чем одним типом датчиков.
Давайте в заключение резюмируем важность выбора определенных типов в различных ситуациях.

Термопары

Термопары - наиболее часто используемые датчики температуры в промышленности. Есть много причин для этого.
  • Устойчивость к вибрации: Во-первых, термопары являются наиболее прочным типом датчиков. Они просты по конструкции, что делает термопары устойчивыми к вибрациям.Прочтите наш официальный документ по этой проблеме.
  • Низкая стоимость: Во-вторых, поскольку термопары недорогие, они являются лучшим вариантом, когда для одного приложения необходимо несколько датчиков. Есть определенные приложения, которые использовали сотни и даже тысячи одновременно. Одним из примеров является термическое профилирование в автомобильной промышленности.
  • Самые высокие температуры: Термопары - единственные контактные датчики, которые могут измерять высокие температуры. Все, что превышает 650 ° C, требует измерения зонда термопары.
  • Быстрый отклик: Наконец, когда требуется быстрый отклик, термопара с открытым спаем обеспечивает самую быструю обратную связь при изменении температуры.

РДТ

RTD также предлагают несколько уникальных функций и преимуществ.
  • Высокие температуры: RTD подходят, когда требуется точность при высоких температурах, так как они могут измерять до 650 ° C.Этот диапазон намного выше, чем у термисторов.
  • Устойчивость к электрическим помехам: Помимо обеспечения хорошей точности, RTD обладают высокой устойчивостью к электрическим помехам. PT100 - лучший вариант для приложений в среде промышленной автоматизации, где есть двигатели, генераторы и другое высоковольтное оборудование.
  • Менее подвержен влиянию окружающей среды: Наконец, если приложение находится в суровых условиях, защитный кожух элемента RTD обеспечивает хорошую защиту от большинства экологических проблем; особенно по сравнению с термопарами.

Термисторы

Термисторы - лучший вариант для измерений ниже 150 ° C.
  • Лучшая чувствительность: С одной стороны, термисторы имеют лучшую производительность в этом диапазоне, даже лучше, чем RTD, особенно благодаря своей лучшей чувствительности.
  • Низкая стоимость: С другой стороны, термисторы в 2 или 3 раза дешевле, чем RTD, и это основная причина, почему термисторы используются в обычных бытовых приборах, блоках переменного тока или водонагревателях.

Ваша заявка

Прочитав эту статью, вы должны иметь более четкое представление о том, какой тип датчика температуры наиболее подходит для вашего приложения.

Если у вас все еще есть вопросы, инженеры и отдел продаж OMEGA всегда готовы помочь. Мы можем помочь вам выбрать лучший датчик температуры для вашей измерительной системы - свяжитесь с нами сегодня.

Техническое обучение Техническое обучение

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.
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.
  • 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 нелинейное сопротивление в зависимости оттемпературная кривая. 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 уставок.
  • Полупроводниковые датчики : Они подразделяются на различные типы, такие как выход по напряжению, токовый выход, цифровой выход, кремниевый выход сопротивления и диодные датчики температуры. 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 используются в схемах компенсации холодного спая для термопар с широким диапазоном температур. Краткие сведения об этом типе датчика температуры приведены ниже.

ИС датчиков

Существует большое количество ИС датчиков температуры, которые позволяют упростить самый широкий спектр задач по мониторингу температуры. Эти кремниевые датчики температуры значительно 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 микросхемы датчиков сочетают в себе схему аналогового считывания с цифровыми входами / выходами и регистрами управления, что делает их идеальным решением для систем на основе микропроцессоров.

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) выход на выходном контакте, 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.

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 воспринимается схемой и рассчитывает температуру. Когда напряжение увеличивается, повышается и температура. Мы можем увидеть эту операцию с помощью диода.

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

Примером датчика температуры является LM35 . Серия LM35 представляет собой прецизионные датчики температуры с интегральной схемой, выходное напряжение которых линейно пропорционально температуре по Цельсию. LM35 работает при температуре от -55˚ до + 120˚C.

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

Характеристики датчика температуры LM35:
  • Калибровка непосредственно в ˚ Цельсия (Цельсия)
  • Номинальная мощность для полного диапазона л от −55˚ до + 150˚C
  • Подходит для удаленного применения
  • Низкая стоимость за счет обрезки на уровне пластины
  • Работает от 4 до 30 В
  • Низкий самонагрев,
  • ± 1 / 4˚C типичной нелинейности
Работа LM35:
  • LM35 может быть легко подключен таким же образом, как и другие встроенные- датчики температуры контура.Его можно приклеить или установить на поверхность, и его температура будет в пределах 0,01 ° C от температуры поверхности.
  • Предполагается, 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.
Датчики температуры широко используются в управлении окружающей средой и технологическими 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 возможно достижение 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, в приложении, 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.

Основные преимущества цифрового датчика температуры заключаются в его точности вывода в градусах Цельсия. Выходной сигнал датчика представляет собой сбалансированное цифровое показание. Для этого нет никаких других компонентов, таких 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.
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, 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 показания с дополнением до двух, путем выдачи команды READ TEMPERATURE при программировании.
  • 2-проводной последовательный интерфейс используется для ввода в DS16121 для настроек температуры и вывода показаний температуры с DS1621

Автор фотографии:


Датчик температуры

: различные типы с примерами

Типы датчиков температуры

Наиболее часто измеряемым физическим параметром является температура, будь то в перерабатывающей промышленности 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, управляющих различным оборудованием.

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, определяя изменение физических характеристик.

Что такое датчик температуры?

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 промышленность, автомобильные системы контроля и управления под капотом и т. Д.

Наиболее распространенным типом датчика температуры является термометр, который используется для измерения температуры твердых тел, жидкостей и газов. Это также распространенный тип датчика температуры, который в основном используется в ненаучных целях, потому что он не очень точен.

Типы датчиков температуры

Существуют различные типы датчиков температуры, которые обладают чувствительной способностью в зависимости от области их применения.Различные типы датчиков температуры:

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

Термопары

Термопары 2 наиболее часто используемые датчики температуры

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 производят 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 предварительно изготовленных 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)

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

Там 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 проводов - это часть измерения, которая приводит к ошибочным измерениям.

Трехпроводный метод аналогичен двухпроводному, но третий провод компенсирует сопротивление выводов. В методе с четырьмя проводами ток принудительно подается на один набор проводов, а напряжение измеряется на другом наборе проводов. Этот четырехпроводной метод полностью компенсирует сопротивление проводов.

Термисторы

Термисторы

Другой тип датчика - это термисторный датчик температуры, который является относительно недорогим, адаптируемым и простым в использовании.Он меняет свое сопротивление при изменении температуры, как датчик RTD. Термисторы изготавливаются 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

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 отметить, по какой шкале калибруется термометр.

Полупроводниковые датчики

Полупроводниковые датчики

Полупроводниковые датчики - это устройства, которые имеют форму ИС. Обычно эти датчики известны как датчик температуры IC. Они подразделяются на разные 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 - самые популярные датчики температуры.

ИК-датчик

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 датчиками. Например, если вы держите ИК-датчик перед столом, не устанавливая никакого контакта, датчик определяет температуру стола на основе его излучения.Эти датчики подразделяются на два типа, такие как тепловые инфракрасные датчики и квантовые инфракрасные датчики.

Таким образом, 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:

Сравнение датчиков температуры

Датчики температуры являются частью нашего ассортимента продукции.Они очень распространены, и различные типы датчиков температуры варьируются от простых и дешевых термисторов NTC до сложных датчиков температуры.

Существует много различных типов датчиков температуры. Все они подходят для различных приложений и отраслей и имеют разные особенности и преимущества.

Типы датчиков температуры

В Variohm у нас есть широкий спектр датчиков температуры, доступных в Variohm, некоторые из них;

Датчики температуры

- Датчики температуры состоят из чувствительного к температуре элемента, такого как термисторы NTC, RTD или термопары, которые могут быть залиты в корпусы различной конструкции в соответствии с требованиями вашего приложения.

Термисторы

NTC - Термисторы представляют собой очень маленькие и высокочувствительные устройства для измерения температуры. Обычно они имеют стеклянное или эпоксидное покрытие и определяют температуру путем измерения электрического сопротивления.

Датчики

RTD - датчики RTD также небольшие и чувствительные. Как и термисторы NTC, RTD используют омическое сопротивление для расчета температуры. Температура отражается в величине сопротивления, обнаруженного внутри самого датчика.

Термопары - Термопары очень универсальны.Они измеряют температуру, отслеживая электрический ток через два разных металла. Различные используемые металлы позволяют термопаре измерять различные диапазоны температур.

Другие устройства для измерения температуры - Помимо вышеупомянутых продуктов, существуют и другие способы измерения температуры, такие как бесконтактные инфракрасные датчики, термобатареи, высокоточные термометры и технологии цифрового измерения температуры. Все они доступны для просмотра на нашем сайте.

Сравнение датчика температуры

В таблице ниже показано сравнение датчиков температуры

Тип датчика температуры Преимущества Приложения Диапазон температур
Датчик температуры
  • Возможности индивидуальной настройки
  • Широкий диапазон температур
  • Высокоточная
  • Рентабельность
  • Доступны стоковые модели
  • Промышленный мониторинг
  • Наблюдение за пациентом
  • Транзит
  • Компьютеры
  • Бытовая техника
  • HVAC
  • Лаборатория
  • Автоспорт
  • Продукты питания и напитки
  • Диапазон зависит от чувствительного элемента
Термисторы NTC
  • Высокочувствительный
  • Идеально подходит для малых температурных диапазонов
  • Простота использования
  • Быстрый ответ
  • Стандартное двухпроводное соединение
  • Экологический мониторинг
  • Аэрокосмические приложения
  • Медицинское оборудование
  • Коммуникационное и вычислительное оборудование
  • Бытовая техника
  • Обычно от -40 ° C до 125 ° C, но может достигать 325 ° C
Датчики RTD
  • Высокая точность
  • Хорошая стабильность
  • Хорошая линейность
  • Согласованный
  • Высокотемпературные диапазоны
  • Автомобильная промышленность
  • Инженерная температура
  • Силовая электроника
  • Компьютеры
  • Бытовая электроника
  • Аэрокосмические приложения
Термопары
  • Широкий диапазон температур
  • Высокопрочный
  • Лучше всего для высоких температур
  • Промышленное применение
  • Наука
  • OEM-приложений
  • Биотех

Датчик температуры в промышленности

Датчики температуры - один из наиболее распространенных типов датчиков, поэтому они используются во многих отраслях промышленности, включая:

  • ОВК
  • Транзит
  • Теплообменники
  • Промышленный процесс
  • Лаборатория и испытания
  • Возобновляемая энергия
  • Энергетика и коммунальные услуги
  • Бытовая техника
  • Бытовая техника

Датчики температуры от Variohm

Компания Variohm располагает широким спектром датчиков температуры, которые хорошо зарекомендовали себя в широком диапазоне применений.Взгляните на раздел датчиков температуры на нашем веб-сайте, чтобы увидеть весь наш ассортимент. Таблицы данных с конкретными деталями продукта доступны для загрузки.

Многие из наших датчиков температуры производятся на месте, что означает, что они могут быть изготовлены на заказ в соответствии с требованиями конкретного приложения. Если вам требуется специальный датчик температуры, свяжитесь с нами.

Для получения дополнительной информации о датчиках температуры или обсуждения применения любого из наших продуктов, пожалуйста, свяжитесь с нами.

Выбор подходящего датчика температуры для вашего оборудования • Temp-Pro

Понимание типов датчиков, их применения, среды, в которой они работают, и параметров, которые они измеряют, являются ключевыми элементами эффективного измерения температуры

Промышленное измерение температуры - это не прогулка по парку. Дело в том, что это высокочувствительный тип применения, требующий не только опыта и знаний в области термодинамики, но и материалов, которые используются в каждом типе, и их реакции в среде, в которой они измеряют температуру.

Помня об этом, мы хотим использовать простой язык, чтобы научить вас, как лучше удовлетворить ваши потребности. В конце концов, Temp-Pro - это бизнес, который был построен на успехе бесчисленных клиентов и OEM-производителей, которые доверяют нашему опыту в области промышленного измерения температуры. И именно благодаря нашим индивидуальным решениям мы обеспечиваем точность и аккуратность для клиентов из самых разных отраслей.

Датчики температуры обычно делятся на три типа: датчики температуры сопротивления (RTD), термопары и термисторы.Каждый из них имеет различный спектр применения и, следовательно, служит разным промышленным целям. Вот краткое руководство по их природе и применению:

RTD - Температурный датчик сопротивления работает, измеряя, как резистор, сделанный из металла, реагирует на изменение температуры - действие, которое можно измерить, чтобы получить показание температуры. Понимание взаимосвязи между этим металлом - , таким как платина, никель или медь - позволяет измерить его сопротивление и соответствующее линейное считывание температуры.Диапазон температур для RTD обычно составляет от минимум -200 ° C до максимум 650 ° C. Стоимость производства RTD, как правило, выше, учитывая их сложность и способность измерять более широкий диапазон температур.

Термопары - Эти устройства измерения температуры используют эффект Пельтье, который представляет собой выработку электрического напряжения в качестве реакции на тепло или холод. В этих устройствах используются два разных металла, которые вызывают такую ​​электрическую реакцию, и в зависимости от типа металла они могут измерять определенный диапазон высоких и низких температур.Поэтому термопары по своей конструкции эффективнее измеряют температуру с большей скоростью, чем другие типы термометров. Диапазон температур для термопары обычно составляет от минимум 200 ° C до максимум 1750 ° C. Стоимость изготовления термопары относительно невысока по сравнению с RTD.

Термистор - Другой тип резистивного термометра - это термистор, который используется для регулирования температуры - либо как отрицательный температурный коэффициент (NTC), либо как положительный температурный коэффициент (PTC).Хотя термисторы ограничены более низкими диапазонами температуры, они очень эффективны при очень малых изменениях температуры устройства или промышленной среды. Калибровка термистора NTC или PTC позволяет проводить точные измерения с приложениями, выходящими за рамки других типов промышленных датчиков температуры. Температурный диапазон термистора обычно составляет от минимум -100 ° C до максимум 325 ° C. Кроме того, считается, что стоимость производства термистора находится на нижней стороне шкалы затрат.

Еще раз, применение любого из них - или их комбинации - определяется окружающей средой, диапазоном температур, который клиент пытается измерить, и другими факторами, которые можно лучше всего проанализировать, проконсультировавшись с одним из опытных промышленных специалистов Temp-Pro. специалисты по термометрам. Мы производим эти устройства для измерения температуры в течение нескольких десятилетий, и наша компания обладает опытом и знаниями, чтобы подобрать лучшее устройство для применения.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *