Hvilken temperatursensor er bedre, sensorvalgskriterier

Hvis dette er første gang du møter problemet med å velge en sensor for måling av temperatur, kan det å velge en rimelig og pålitelig sensor være et faktisk problem for deg.

Først av alt er det nødvendig å finne ut følgende detaljer: det forventede temperaturområdet for målinger, den nødvendige nøyaktigheten, om sensoren vil være plassert inne i mediet (hvis ikke, vil et stråletermometer være nødvendig), forholdene antas normale eller aggressive, er muligheten for periodisk demontering av sensoren viktig, og til slutt, er det nødvendig gradering er i grader, eller det er akseptabelt å motta et signal, som deretter blir konvertert til en temperaturverdi.

Dette er ikke ledige spørsmål, og svaret som forbrukeren får muligheten til å velge selv en mer passende temperatursensor som utstyret hans fungerer på den beste måten. Selvfølgelig er det umulig å ganske enkelt og utvetydig gi et svar på spørsmålet om hvilken temperatursensor som er bedre, det gjenstår å gjøre for forbrukeren, først etter å ha blitt kjent med funksjonene til hver sensortype.

Her vil vi gi en kort oversikt over de tre hovedtyper av temperatursensorer (de vanligste): motstandstermometer, termistor eller termoelement. I mellomtiden er det viktig for forbrukeren å umiddelbart forstå at nøyaktigheten til de oppnådde temperaturdataene avhenger av både sensoren og signalomformeren - både den primære sensoren og omformeren bidrar til usikkerheten.

Noen ganger, når de velger enheter, er de bare oppmerksom på omformerens egenskaper, og glemmer at forskjellige sensorer vil gi forskjellige tilleggskomponenter (avhengig av hvilken type sensor som er valgt), som må tas i betraktning når du mottar data.

Motstandstermometre - hvis du trenger høy nøyaktighet

I dette tilfellet er følerelementet en film- eller ledningsmotstand, med en kjent avhengighet av motstanden på temperaturen, plassert i et keramisk eller metallhus. De mest populære er platina (høy temperaturskoeffisient), men nikkel og kobber brukes også. Områder og toleranser, så vel som standardavhengighet av motstand på temperatur for motstandstermometre, kan du finne ved å lese GOST 6651-2009.

Fordelen med denne typen termometre er et bredt temperaturområde, høy stabilitet, god utskiftbarhet. Spesielt motstandsdyktige mot vibrasjoner, terminometre for platinefilmbestandighet, har de imidlertid allerede et arbeidsområde.

Forseglede elementer fra TS produseres som separate følsomme elementer for miniatyrsensorer, men både motstandstermometre og sensorer er preget av ett relativt minus - de krever et tretråds- eller firetrådsystem for drift, da vil målingene være nøyaktige.

Og likevel bør glasuren i tetningskassen være egnet for de valgte forholdene, slik at temperatursvingninger ikke ville føre til ødeleggelse av sensors tetningslag. Standardtoleransen for platina-termometre er ikke mer enn 0,1 ° C, men individuell gradering er mulig å oppnå en nøyaktighet på 0,01 ° C.

Referanse-platinometermometre (GOST R 51233-98) har høyere nøyaktighet, deres nøyaktighet når 0,002 ° C, men de må håndteres med forsiktighet, fordi de ikke tåler å riste. I tillegg er kostnadene ti ganger høyere enn standardmetaller for platina-motstand.

Et jern-rhodiumresistenstermometer er egnet for måling under kryogene temperaturer. Den unormale temperaturavhengigheten til legeringen og den lave TCR tillater et slikt termometer å arbeide ved temperaturer fra 0,5 K til 500 K, og stabiliteten ved 20 K når 0,15 mK / år.

Det strukturelt følsomme elementet i motstandstermometeret er fire spiralstykker som er lagt rundt et aluminiumoksydrør, dekket med rent aluminiumoksydpulver. Svingene er isolert fra hverandre, og selve spiralen er i prinsippet vibrasjonssikker. Tetting med spesielt valgt glasur eller sement basert på samme aluminiumoksyd. Et typisk område for trådelementer er fra -196 ° C til +660 ° C.

Den andre versjonen av elementet (dyrere, brukt ved kjernefysiske anlegg) er en hul struktur, preget av svært høy stabilitet av parametere. Et element er viklet på en metallsylinder, og overflaten av sylinderen er dekket med et lag aluminiumoksyd. Selve sylinderen er laget av et spesielt metall som ligner termisk ekspansjonskoeffisient som platina. Kostnadene for hule elementtermometre er veldig høye.

Det tredje alternativet er et tynnfilmselement. Et tynt lag platina (i størrelsesorden 0,01 mikron) blir påført det keramiske underlaget, som er belagt på toppen med glass eller epoksy.

Dette er den billigste typen element for motstandtermometre. Liten størrelse og lett vekt - den største fordelen med et tynnfilmelement. Slike sensorer har en høy motstand på omtrent 1 kΩ, noe som negerer problemet med to-trådsforbindelse. Imidlertid er stabiliteten til tynne elementer underordnet tråd. Et typisk område for filmelementer er fra -50 ° C til +600 ° C.

En spiral laget av platinatråd belagt med glass er et alternativ for et veldig dyrt trådmotstandstermometer, som er ekstremt godt forseglet, motstandsdyktig mot høy luftfuktighet, men temperaturområdet er relativt smalt.

Termoelementer - for måling av høye temperaturer

Prinsippet for drift av termoelementet ble oppdaget i 1822 av Thomas Seebeck, det kan beskrives som følger: i lederen av et homogent materiale med frie ladningsbærere, når en av målekontaktene er oppvarmet, vil en emf vises. Eller så: i en lukket krets av forskjellige materialer, under forhold med en temperaturforskjell mellom veikryssene, oppstår en strøm.

Den andre formuleringen gir en mer nøyaktig forståelse. termoelementprinsippmens den førstnevnte gjenspeiler essensen av generasjon av termoelektrisitet, og indikerer nøyaktighetsbegrensningene assosiert med termoelektrisk heterogenitet: for hele termoelektrodens lengde er den avgjørende faktoren tilstedeværelsen av en temperaturgradient, så nedsenking i mediet under kalibrering skal være den samme som fremtidig arbeid sensorposisjon.

Termoelementer gir det bredeste driftstemperaturområdet, og viktigst av alt, har den høyeste driftstemperaturen for alle typer sensorer for kontakttemperatur. Krysset kan jordes eller bringes i nær kontakt med det studerte objektet. Enkel, pålitelig, holdbar - dette handler om en sensor basert på et termoelement. Områder og toleranser, termoelektriske parametere for termoelementer kan bli funnet ved å lese GOST R 8.585-2001.

Termoelementer har også noen unike ulemper:

• den termoelektriske kraften er ikke-lineær, noe som skaper vanskeligheter med å utvikle omformere for dem;

• materialet i elektrodene trenger god forsegling på grunn av deres kjemiske inertitet, på grunn av deres sårbarhet for aggressive miljøer;

• termoelektrisk heterogenitet på grunn av korrosjon eller andre kjemiske prosesser, på grunn av hvilken sammensetningen endres litt, tvinger til å endre kalibreringen; lederenes store lengde gir anledning til effekten av antennen og gjør termoelementet sårbart for EM-felt;

• Omformerens isolasjonskvalitet blir et veldig viktig aspekt hvis det kreves lav treghet fra et termoelement med et jordet veikryss.

Termoelementer av edelmetall (PP-platina-rodium-platina, PR-platina-rodium-platina-rodium) er preget av høyeste nøyaktighet, minst termoelektrisk heterogenitet enn termoelementer av uedle metaller. Disse termoelementene er motstandsdyktige mot oksidasjon, derfor har de høy stabilitet.

Ved temperaturer opp til 50 ° C gir de praktisk talt en effekt på 0, så det er ikke nødvendig å overvåke temperaturen på kalde veikryss. Kostnadene er høye, følsomheten er lav - 10 μV / K ved 1000 ° C. Inhomogenitet ved 1100 ° С - i området 0,25 ° С. Forurensning og oksidasjon av elektrodene skaper ustabilitet (rodium oksideres ved temperaturer fra 500 til 900 ° C), og derfor fremstår det fortsatt som en elektrisk inhomogenitet. Par av rene metaller (platina-palladium, platina-gull) har bedre stabilitet.

Termoelementer som er mye brukt i industrien er ofte laget av uedle metaller. De er billige og vibrasjonsbestandige. Spesielt praktisk er elektroder forseglet med en kabel med mineralisolasjon - de kan installeres på vanskelige steder. Termoelementer er svært følsomme, men termoelektrisk heterogenitet er en ulempe med billige modeller - feilen kan nå 5 ° C.

Periodisk kalibrering av utstyr i laboratoriet er meningsløst; det er mer nyttig å kontrollere termoelementet på installasjonsstedet. De mest termoelektrisk inhomogene parene er nisil / nichrosil. Hovedkomponenten i usikkerhet tar hensyn til temperaturen i det kalde krysset.

Høye temperaturer i størrelsesorden 2500 ° C måles ved hjelp av wolfram-renium-termoelementer. Det er her viktig å eliminere oksiderende faktorer, som de tyr til spesielle forseglede deksler med inert gass, samt molybden- og tantalbelegg med isolasjon med magnesiumoksyd og berylliumoksyd. Og selvfølgelig er det viktigste anvendelsesområdet for wolfram-renium termoelementer for kjernenergi under nøytronstrømningsforhold.

For termoelementer er det selvfølgelig ikke nødvendig med et tretråds- eller fir-ledningssystem, men det vil være nødvendig å bruke kompensasjons- og forlengelsestråder, noe som gjør at signalet kan overføres 100 meter til måleutstyret med minimale feil.

Forlengerledninger er laget av samme metall som termoelementet, og kompensasjonsledninger (kobber) brukes til termoelementer laget av edle metaller (for platina). Kompensasjonsledninger vil bli en kilde til usikkerhet i størrelsesorden 1-2 ° C med stor temperaturforskjell, det er imidlertid en IEC 60584-3-standard for kompensasjonsledninger.

Termistorer - for små temperaturområder og spesielle applikasjoner

termistorer De er særegne motstandstermometre, men ikke ledningsmåler, men sintrede i form av flerfase-strukturer, basert på blandede overgangsmetalloksider. Deres viktigste fordel er liten størrelse, en rekke forskjellige former, lav treghet, lave kostnader.

Termistorer kommer i negativ (NTC) eller positiv (PTC) temperaturkoeffisient av motstand. Den vanligste NTC og RTS brukes til veldig smale temperaturområder (enheter på grader) i overvåkings- og alarmsystemer. Den beste stabiliteten til termistorer er i området 0 til 100 ° C.

Termistorer er i form av disk (opptil 18 mm), perle (opptil 1 mm), film (tykkelse opp til 0,01 mm), sylindrisk (opptil 40 mm). Små termistor sensorer lar forskere måle temperatur selv inne i celler og blodkar.

Termistorer er hovedsakelig etterspurt etter å måle lave temperaturer på grunn av deres relative ufølsomhet for magnetiske felt. Noen typer termistorer har driftstemperaturer opp til minus 100 ° C.

I utgangspunktet er termistorer komplekse flerfase-strukturer sintret ved en temperatur på ca. 1200 ° C i luft fra kornede nitrater og metalloksider. De mest stabile ved temperaturer under 250 ° C er NTC-termistorer laget av nikkel og magnesiumoksider eller nikkel, magnesium og kobolt.

Den spesifikke konduktiviteten til en termistor avhenger av dens kjemiske sammensetning, av oksydasjonsgraden, av tilstedeværelsen av tilsetningsstoffer i form av metaller som natrium eller litium.

Små perletermistorer påføres to platinaterminaler, deretter belagt med glass.For skivetermistorer blir ledningene loddet til platinabehandlingen på disken.

Motstanden til termistorer er høyere enn motstandstermometre, vanligvis ligger den i området fra 1 til 30 kOhm, så et to-trådsystem er egnet her. Temperaturavhengigheten av motstand er nær eksponentiell.

Disktermistorer er best utskiftbare for et område fra 0 til 70 ° C innen en feil på 0,05 ° C. Perle - krever individuell kalibrering av svingeren for hver forekomst. Termistorer er gradert i flytende termostater, og sammenligner deres parametere med et ideelt platinemotstandstermometer i trinn på 20 ° C i området fra 0 til 100 ° C. Dermed oppnås en feil på ikke mer enn 5 mK.