Melyik hőmérséklet-érzékelő jobb, az érzékelő kiválasztási kritériumai

Ha ez az első alkalom, amikor a hőmérséklet mérésére szolgáló érzékelőt választja, akkor az alacsony költségű és megbízható érzékelő kiválasztása valódi problémát jelenthet Önnek.

Mindenekelőtt meg kell találni a következő részleteket: a mérések várható hőmérsékleti tartományát, a szükséges pontosságot, hogy az érzékelő a közeg belsejében helyezkedik el (ha nem, akkor szükség lesz egy sugárzási hőmérőre), a feltételeket normálisnak vagy agresszívnek tekintik, fontos-e az érzékelő időszakos szétszerelésének lehetősége, és végül is A fokozat fokban van, vagy elfogadható egy olyan jel fogadása, amelyet hőmérsékleti értékre konvertálnak.

Ezek nem tétlen kérdések, amelyek megválaszolásával a fogyasztónak lehetősége van arra, hogy magának válasszon egy alkalmasabb hőmérséklet-érzékelőt, amellyel felszerelése a legjobban fog működni. Természetesen lehetetlen egyszerűen és egyértelműen választ adni arra a kérdésre, hogy melyik hőmérséklet-érzékelő a jobb; a választást továbbra is a fogyasztónak kell megválasztania, miután először megismerte az egyes típusú érzékelők jellemzőit.

Itt rövid áttekintést adunk a hőmérséklet-érzékelők három fő típusáról (a leggyakoribb): ellenállásmérő, termisztor vagy hőelem. Eközben fontos, hogy a fogyasztó azonnal megértse, hogy a kapott hőmérsékleti adatok pontossága mind az érzékelőtől, mind a jelátalakítótól függ - mind az elsődleges érzékelő, mind a konverter hozzájárul a bizonytalansághoz.

Az eszközök kiválasztásakor néha csak az átalakító jellemzőire figyelnek, elfelejtve, hogy a különféle érzékelők különféle kiegészítő komponenseket adnak (a kiválasztott érzékelő típusától függően), amelyeket figyelembe kell venni az adatok fogadásakor.

Ellenállás-hőmérők - ha nagy pontosságot igényel

Ebben az esetben az érzékelő elem egy kerámia vagy fém tokba helyezett film vagy huzal ellenállás, amelynek ismert hőmérsékleti ellenállása függ. A legnépszerűbbek a platina (magas hőmérsékleti együttható), de nikkelt és rézet is használnak. Az ellenállási hőmérők tartományait és tűréseit, valamint a hőmérsékleti ellenállás szokásos függőségét a GOST 6651-2009 olvasásával lehet megtalálni.

Az ilyen típusú hőmérők előnye a széles hőmérsékleti tartomány, magas stabilitás, jó cserélhetőség. Különösen rezgésálló, a platina filmálló hőmérők, azonban már működési tartományuk is van.

A TS lezárt elemeit külön érzékeny elemekként állítják elő a miniatűr érzékelők számára, azonban mind az ellenállás-hőmérőket, mind az érzékelőket egy relatív mínusz jellemzi - működésükhöz három- vagy négyvezetékes rendszerre van szükség, akkor a mérések pontosak lesznek.

És mégis, a tömítő ház mázának megfelelőnek kell lennie a kiválasztott feltételekhez, hogy a hőmérsékleti ingadozások ne vezetjenek az érzékelő tömítő rétegének elpusztításához. A platinahőmérők standard toleranciája nem haladja meg a 0,1 ° C-ot, de az egyedi osztályozással 0,01 ° C pontosságot lehet elérni.

A referencia platinahőmérők (GOST R 51233-98) nagyobb pontossággal rendelkeznek, pontosságuk eléri a 0,002 ° C-ot, de óvatosan kell kezelni őket, mert nem tudnak rázni. Ezen felül, költsége tízszer magasabb, mint a szokásos platina ellenállású hőmérőknél.

A vas-ródium ellenállású hőmérő kriogén hőmérsékleten történő mérésre alkalmas. Az ötvözet rendellenes hőmérsékleti függése és az alacsony TCR lehetővé teszi, hogy egy ilyen hőmérő 0,5 K és 500 K közötti hőmérsékleten működjön, és a stabilitás 20 K hőmérsékleten eléri a 0,15 mK / év értéket.

Az ellenállás-hőmérő szerkezetileg érzékeny eleme négy spiráldarab egy alumínium-oxid-cső körül, tiszta alumínium-oxid-porral bevonva. A fordulók egymástól elszigeteltek, és maga a spirál elvileg rezgésálló. Tömítés speciálisan kiválasztott máz vagy cementtel ugyanazon alumínium-oxid alapján. A huzal elemekre jellemző hőmérsékleti tartomány -196 ° C és +660 ° C között van.

Az elem második változata (drágább, nukleáris létesítményekben használt) üreges szerkezet, amelyet a paraméterek nagyon magas stabilitása jellemez. Egy elemet egy fém hengerre tekercselnek, a henger felületét alumínium-oxid réteg borítja. A henger maga egy speciális fémből készül, amelynek hőtágulási tényezője hasonló a platinahoz. Az üreges hőmérők ára nagyon magas.

A harmadik lehetőség egy vékony film elem. A kerámia szubsztrátumra vékony (0,01 mikron méretű) platinaréteget hordunk fel, amelyet tetején üveggel vagy epoxival fedünk be.

Ez a legolcsóbb elem az ellenállásmérők számára. Kis méret és könnyű súly - a vékony film elem fő előnye. Az ilyen szenzorok nagy ellenállása (kb. 1 kΩ), ami kiküszöböli a kétvezetékes csatlakozás problémáját. A vékony elemek stabilitása azonban rosszabb a vezetéknél. A film elemek tipikus tartománya -50 ° C és +600 ° C között van.

Az üveggel bevont platinahuzalból készült spirál egy nagyon drága huzal ellenállású hőmérő opciója, amely rendkívül jól lezáródik, ellenáll a magas páratartalomnak, de a hőmérsékleti tartomány viszonylag szűk.

Hőelemek - magas hőmérséklet mérésére

A hőelem működésének elvét 1822-ben fedezte fel Thomas Seebeck, az alábbiak szerint írható le: homogén anyag szabad töltőhordozókkal ellátott vezetékében, amikor az egyik mérőérintkező felmelegszik, emf jelenik meg. Vagy így: egy nem azonos anyagú zárt körben, a csomópontok közötti hőmérsékleti különbség mellett áram áramlik.

A második megfogalmazás pontosabb megértést biztosít. hőelem elv, míg az első tükrözi a termoelektromos áramtermelés lényegét, és jelzi a termoelektromos heterogenitással kapcsolatos pontossági korlátozásokat: a termoelektród teljes hosszában a döntő tényező a hőmérsékleti gradiens jelenléte, tehát a közegbe történő merítésnek a kalibrálás során ugyanolyannak kell lennie, mint a jövőbeni működésnek. érzékelő pozíciója.

A hőelemek a legszélesebb üzemi hőmérsékleti tartományt biztosítják, és ami a legfontosabb, hogy a legmagasabb üzemi hőmérsékletet képviselik az összes típusú érintkező hőmérséklet-érzékelő. A csomópont földelhető vagy szoros érintkezésbe hozható a vizsgált tárgyakkal. Egyszerű, megbízható, tartós - ez egy hőelem alapú érzékelőről szól. A termoelemek tartományait és tűréseit, hőelektromos paramétereit a GOST R 8.585-2001 leolvasásával lehet megtalálni.

A hőelemnek van néhány egyedi hátránya:

• a termoelektromos teljesítmény nemlineáris, ami nehézségeket okoz számukra az átalakítók fejlesztésében;

• az elektródák anyaga jó tömítést igényel kémiai tehetetlenségük miatt, agresszív környezettel szembeni sebezhetőségük miatt;

• a korrózió vagy más kémiai folyamatok miatti termoelektromos heterogenitás, amelynek következtében az összetétel kissé változik, kényszeríti a kalibráció megváltoztatását; a vezetők nagy hossza az antenna hatását idézi elő, és a hőelem érzékenyvé teszi az EM-mezőket;

• A konverter szigetelési minősége nagyon fontos szempont, ha alacsony tehetetlenség szükséges egy földelt csatlakozással rendelkező hőelemhez.

A nemesfém hőelem (PP-platina-ródium-platina, PR-platina-ródium-platina-ródium) a legnagyobb pontossággal, a legkevesebb hőelektromos heterogenitással rendelkezik, mint az nemesfémek hőelemei. Ezek a hőelemek ellenállnak az oxidációnak, ezért nagy stabilitással rendelkeznek.

50 ° C-ig terjedő hőmérsékleten gyakorlatilag 0 kimenetet adnak, tehát nincs szükség a hideg csomópontok hőmérsékletének ellenőrzésére. A költségek magasak, az érzékenység alacsony - 10 μV / K 1000 ° C-on. Inhomogenitás 1100 ° C-on - 0,25 ° С körül. Az elektródok szennyeződése és oxidációja instabilitást idéz elő (ródium oxidálódik 500 és 900 ° C közötti hőmérsékleten), ezért az elektromos inhomogenitás továbbra is fennáll. A tiszta fémek (platina-palládium, platina-arany) jobb stabilitása van.

Az iparban széles körben használt hőelemek gyakran nem nemesfémekből készülnek. Olcsó és rezgésálló. Különösen kényelmesek az ásványi szigeteléssel ellátott kábellel lezárt elektródák - ezek nehéz helyekre telepíthetők. A hőelem nagyon érzékeny, de a termoelektromos heterogenitás hátránya az olcsó modelleknek - a hiba elérheti az 5 ° C-ot.

A laboratóriumi berendezés időszakos kalibrálása értelmetlen, sokkal hasznosabb a hőelem ellenőrzése a telepítés helyén. A legtermoelektromosan nem homogén párok a niszil / nikroszil. A bizonytalanság fő alkotóeleme a hideg csomópont hőmérsékletének figyelembevétele.

A 2500 ° C nagyságrendű magas hőmérsékletet volfrám-rénium hőelem segítségével mérik. Fontos itt kiküszöbölni az oxidáló tényezőket, amelyekre speciálisan zárt inert gáz burkolatok, valamint magnézium-oxiddal és berillium-oxiddal szigetelő molibdén- és tantálborítókkal foglalkoznak. És természetesen a volfrám-rénium legfontosabb alkalmazási területe a nukleáris energia termoelemei neutronáramú körülmények között.

A hőelemhez természetesen nincs szükség három- vagy négyvezetékes rendszerre, de olyan kompenzációs és hosszabbító vezetékeket kell használni, amelyek lehetővé teszik a jel 100 méterre történő továbbítását a mérőberendezéshez minimális hibákkal.

A hosszabbító vezetékek ugyanabból a fémből készülnek, mint a hőelem, és a kompenzációs (réz) vezetékeket a nemesfémekből készült hőelemhez (platina) használják. A kompenzációs vezetékek nagyfokú hőmérsékleti különbséggel 1-2 ° C nagyságrendű bizonytalanság forrássá válnak, azonban létezik IEC 60584-3 szabvány a kompenzációs vezetékekre.

Termisztorok - kis hőmérsékleti tartományokhoz és speciális alkalmazásokhoz

termisztor Különleges ellenállású hőmérők, de nem huzalmérők, hanem többfázisú szerkezetek formájában szinterelték, vegyes átmeneti fém-oxidokon alapulva. Fő előnye a kis méret, a különféle formák sokfélesége, alacsony tehetetlenség, alacsony költség.

A termisztorok negatív (NTC) vagy pozitív (PTC) hőmérsékleti ellenállási együtthatóval rendelkeznek. A leggyakoribb NTC-t és RTS-t nagyon szűk hőmérsékleti tartományokra (fokos mértékegységekre) használják a megfigyelő és riasztó rendszerekben. A termisztorok legjobb stabilitása 0 és 100 ° C között lehet.

A termisztorok tárcsa (18 mm-ig), gyöngy (1 mm-ig), film (vastagság 0,01 mm-ig), hengeres (40 mm-ig) formájában vannak. A kicsi termisztor-érzékelők lehetővé teszik a kutatók számára a hőmérséklet mérését a sejtekben és az erekben is.

A termisztorok elsősorban az alacsony hőmérsékletek mérésére szükségesek, a mágneses terekkel szembeni relatív érzékenységük miatt. Bizonyos típusú termisztorok üzemi hőmérséklete mínusz 100 ° C-ig terjedhet.

Alapvetően a termisztorok összetett többfázisú struktúrák, körülbelül 1200 ° C hőmérsékleten, levegőben szintereitnek granulált nitrátokból és fém-oxidokból. A legstabilabb 250 ° C alatti hőmérsékleten az NTC-termisztorok, amelyek nikkel- és magnézium-oxidokból vagy nikkelből, magnéziumból és kobaltból készülnek.

A termisztor fajlagos vezetőképessége függ annak kémiai összetételétől, az oxidáció mértékétől, fémek formájában lévő adalékanyagok, például nátrium vagy lítium jelenlététől.

Az apró gyöngyök termisztorait két platina terminálra hordják, majd üveggel bevonják.A lemezes termisztorok esetében a vezetékeket a korong platina bevonatához forrasztják.

A termisztorok ellenállása nagyobb, mint az ellenálláshőmérőké, általában 1 és 30 kOhm közötti tartományban van, tehát kétvezetékes rendszer megfelelő. Az ellenállás hőmérsékleti függése közel az exponenciához.

A lemezes termisztorok legjobban felcserélhetők 0 és 70 ° C közötti hőmérsékleten, 0,05 ° C hiba mellett. Gyöngy - megkövetelje az átalakító egyedi kalibrálását minden egyes esetben. A termisztorokat folyékony termosztátokkal osztályozzuk, összehasonlítva paramétereiket egy ideális platinaellenállás-hőmérővel, 20 ° C-os lépésekben, 0 és 100 ° C között. Így legfeljebb 5 mK hibát lehet elérni.