Temperatuursensor ( NTC / RTD ) konsep, ontwikkeling en klassifikasie

ek. Basiese konsepte van temperatuursensor
1. Temperatuur
Temperatuur is 'n fisiese grootheid wat die graad van warmheid of koudheid van 'n voorwerp aandui. Mikroskopies, dit is die intensiteit van die termiese beweging van die molekules van 'n voorwerp. Hoe hoër die temperatuur, hoe intenser die termiese beweging van die molekules binne die voorwerp.

Temperatuur kan slegs indirek gemeet word deur sekere eienskappe van 'n voorwerp wat met temperatuur verander, en die skaal wat gebruik word om die temperatuurwaarde van 'n voorwerp te meet, word 'n temperatuurskaal genoem. Dit spesifiseer die beginpunt (nulpunt) van die temperatuurlesing en die basiese eenheid vir temperatuurmeting. Die internasionale eenheid is die termodinamiese skaal (K). Ander temperatuurskale wat tans meer internasionaal gebruik word, is die Fahrenheit-skaal (° F), die Celsius-skaal (°C) en die internasionale praktiese temperatuurskaal.

Vanuit die perspektief van molekulêre bewegingsteorie, temperatuur is 'n teken van die gemiddelde kinetiese energie van die molekulêre beweging van 'n voorwerp. Temperatuur is die kollektiewe uitdrukking van die termiese beweging van 'n groot aantal molekules en bevat statistiese betekenisvolheid.

Simulasiediagram: In 'n geslote ruimte, die bewegingspoed van gasmolekules by hoë temperature is vinniger as dié by lae temperature!

NTC-temperatuursensor met vlekvrye staalbuissondestel

NTC temperatuur sensor met ABS behuising sonde draad 105°

NTC temperatuursensor met SEMITEC termistor

2. Temperatuursensor
'n Temperatuursensor verwys na 'n sensor wat temperatuur kan waarneem en dit in 'n bruikbare uitsetsein kan omskakel. Dit is 'n belangrike toestel om temperatuuropsporing en -beheer te realiseer. Onder die wye verskeidenheid van sensors, temperatuursensors is een van die mees gebruikte en vinnigste groeiende sensors. In die outomatiseringsproses van industriële produksie, temperatuurmeetpunte maak ongeveer die helfte van alle meetpunte uit.

3. Samestelling van temperatuursensors

II. Ontwikkeling van temperatuursensors
Die persepsie van hitte en koue is die basis van menslike ervaring, maar om 'n manier te vind om temperatuur te meet, het baie groot manne gestuit. Dit is nie duidelik of die antieke Grieke of die Chinese eerste 'n manier gevind het om temperatuur te meet nie, maar daar is rekords dat die geskiedenis van temperatuursensors in die Renaissance begin het.

Ons begin met die uitdagings wat temperatuurmeting in die gesig staar, en stel dan die ontwikkelingsgeskiedenis van temperatuursensors vanuit verskillende aspekte bekend [Bron: OMEGA Industriële Meting Witskrifdokument]:

1. Uitdagings van meting
Hitte word gebruik om die energie in 'n geheel of voorwerp te meet. Hoe groter die energie, hoe hoër die temperatuur. Egter, anders as fisiese eienskappe soos massa en lengte, hitte is moeilik om direk te meet, dus is die meeste meetmetodes indirek, en die temperatuur word afgelei deur die effek van verhitting van die voorwerp waar te neem. Daarom, die meetstandaard van hitte was nog altyd 'n uitdaging.

In 1664, Robert Hooke het voorgestel om die vriespunt van water as die verwysingspunt vir temperatuur te gebruik. Ole Reimer het geglo twee vaste punte moet bepaal word, en hy het Hooke se vriespunt en die kookpunt van water gekies. Egter, hoe om die temperatuur van warm en koue voorwerpe te meet, was nog altyd 'n probleem. In die 19de eeu, wetenskaplikes soos Gay-Lussac, wat die gaswet bestudeer het, gevind dat wanneer 'n gas onder konstante druk verhit word, die temperatuur styg met 1 graad Celsius en die volume verhoog met 1/267 (later hersien na 1/273.15), en die konsep van 0 grade -273.15℃ is afgelei.

2. Let op uitbreiding: vloeistowwe en bimetale
Volgens berigte, Galileo het glo 'n toestel gemaak wat temperatuurveranderinge rondom wys 1592. Hierdie toestel beïnvloed die waterkolom deur die sametrekking van lug in 'n houer te beheer, en die hoogte van die waterkolom dui die mate van verkoeling aan. Maar omdat hierdie toestel maklik deur lugdruk geraak word, dit kan slegs as 'n nuwe speelding beskou word.

Die termometer soos ons dit ken is uitgevind deur Santorio Santorii in Italië in 1612. Hy het die vloeistof in 'n glasbuis verseël en sy beweging waargeneem wanneer dit uitsit.

Deur 'n paar skubbe op die buis te plaas, het dit makliker gemaak om die veranderinge te sien, maar die stelsel het steeds nie presiese eenhede gehad nie. Gabriel Fahrenheit het saam met Reimer gewerk. Hy het begin om termometers te vervaardig wat alkohol en kwik as vloeistowwe gebruik. Mercurius was perfek omdat dit 'n lineêre reaksie op temperatuurveranderinge oor 'n groot reeks gehad het, maar dit was hoogs giftig, dus word dit nou al hoe minder gebruik. Ander alternatiewe vloeistowwe word bestudeer, maar dit word steeds wyd gebruik.

Die bimetaal temperatuursensor is in die laat 1800's uitgevind. Dit trek voordeel uit die ongelyke uitsetting van twee metaalplate wanneer hulle saamgevoeg word. Die temperatuurverandering veroorsaak dat die metaalplate buig, wat gebruik kan word om 'n termostaat of meter soortgelyk aan dié wat in gasroosters gebruik word, te aktiveer. Die akkuraatheid van hierdie sensor is nie hoog nie, miskien plus of minus twee grade, maar dit word ook wyd gebruik as gevolg van sy lae prys.

3. Termo-elektriese effek
In die vroeë 1800's, elektrisiteit was 'n opwindende veld. Wetenskaplikes het ontdek dat verskillende metale verskillende weerstand en geleidingsvermoë het. In 1821, Thomas Johann Seebeck het die termo-elektriese effek ontdek, wat is dat verskillende metale met mekaar verbind en by verskillende temperature geplaas kan word om spanning op te wek. Davy het die korrelasie tussen metaalweerstand en temperatuur gedemonstreer. Becquerel het die gebruik van platinum-platinum termokoppels vir temperatuurmeting voorgestel, en die werklike toestel is geskep deur Leopold in 1829. Platinum kan ook in weerstandstemperatuurdetektors gebruik word, uitgevind deur Myers in 1932. Dit is een van die mees akkurate sensors om temperatuur te meet.

Draadgewikkelde RTD's is broos en dus ongeskik vir industriële toepassings. Onlangse jare het die ontwikkeling van dunfilm RTD's gesien, wat nie so akkuraat soos draadgewikkelde RTD's is nie, maar is meer robuust. Die 20ste eeu het ook die uitvinding van halfgeleiertemperatuurmeettoestelle gesien. Halfgeleier temperatuur meet toestelle reageer op temperatuur veranderinge en het 'n hoë akkuraatheid, maar tot onlangs, hulle kort lineariteit.

4. Termiese straling
Baie warm metale en gesmelte metale genereer hitte, hitte en sigbare lig uitstraal. By laer temperature, hulle straal ook termiese energie uit, maar met langer golflengtes. Britse sterrekundige William Herschel ontdek in 1800 dat hierdie “wasig” lig of infrarooi lig genereer hitte.

Werk saam met landgenoot Meloni, Robelli het 'n manier ontdek om hierdie stralingsenergie op te spoor deur termokoppels in serie te verbind om 'n termostapel te skep. Dit is gevolg in 1878 deur die bolometer. Uitgevind deur die Amerikaner Samuel Langley, dit het twee platinumstroke gebruik, een swart in 'n enkelarmbrugrangskikking. Verhitting deur infrarooi straling het 'n meetbare verandering in weerstand veroorsaak. Bolometers is sensitief vir 'n wye reeks infrarooi golflengtes.

Daarteenoor, toestelle van die tipe stralingskwantumdetektor, wat sedert die 1940's ontwikkel is, het slegs gereageer op infrarooi lig in 'n beperkte band. Vandag, goedkoop pirometers word wyd gebruik, en sal meer word namate die prys van termiese beeldkameras daal.

5. Temperatuur skaal
Toe Fahrenheit die termometer gemaak het, hy het besef dat hy 'n temperatuurskaal nodig het. Hy stel 30 grade soutwater as die vriespunt en oor 180 grade soutwater as die kookpunt. 25 jare later, Anders Celsius het voorgestel om 'n skaal van te gebruik 0-100, en vandag s'n “Celsius” is ook na hom vernoem.

Later, William Thomson het die voordele ontdek om 'n vaste punt aan die een kant van die skaal te stel, en toe stel Kelvin voor om te stel 0 grade as die beginpunt van die Celsius-stelsel. Dit het die Kelvin-temperatuurskaal gevorm wat vandag in die wetenskap gebruik word.

III. Klassifikasie van temperatuursensors
Daar is baie soorte temperatuursensors, en hulle het verskillende name volgens verskillende klassifikasiestandaarde.

1. Klassifikasie volgens meetmetode
Volgens die meetmetode, hulle kan in twee kategorieë verdeel word: kontak en nie-kontak.

(1) Kontak temperatuursensor:

Die sensor maak direk kontak met die voorwerp wat gemeet moet word om die temperatuur te meet. Soos die hitte van die voorwerp wat gemeet moet word na die sensor oorgedra word, die temperatuur van die voorwerp wat gemeet moet word, word verminder. In die besonder, wanneer die hittekapasiteit van die voorwerp wat gemeet moet word, klein is, die metingsakkuraatheid is laag. Daarom, die voorvereiste vir die meet van die ware temperatuur van 'n voorwerp op hierdie manier is dat die hittekapasiteit van die voorwerp wat gemeet word groot genoeg is.

(2) Nie-kontak temperatuursensor:
Dit gebruik hoofsaaklik die infrarooi straling wat uitgestraal word deur die termiese straling van die voorwerp wat gemeet word om die temperatuur van die voorwerp te meet, en kan op afstand gemeet word. Die vervaardigingskoste daarvan is hoog, maar die metingsakkuraatheid is laag. Die voordele is dat dit nie hitte absorbeer van die voorwerp wat gemeet word nie; dit meng nie in met die temperatuurveld van die voorwerp wat gemeet word nie; deurlopende meting genereer nie verbruik nie; dit het 'n vinnige reaksie, ens.

2. Klassifikasie volgens verskillende fisiese verskynsels
Daarby, daar is mikrogolf temperatuursensors, geraas temperatuur sensors, temperatuur kaart temperatuur sensors, hittevloeimeters, straaltermometers, kernmagnetiese resonansie termometers, Mossbauer effek termometers, Josephson effek termometers, lae-temperatuur supergeleidende omskakelingstermometers, optiese vesel temperatuur sensors, ens. Sommige van hierdie temperatuursensors is toegepas, en sommige is nog onder ontwikkeling.

Waterdig, anti-roes RTD PT100 temperatuursensor

RTD PT100 Temperatuursensor met 1-2 NPT eksterne skroefdraadverbinding

PT100 Temperatuursensor RTD-sonde met 6 duim sondelengte

100 Ohm Klas A Platinum Element (PT100)
Temperatuurkoëffisiënt, a = 0.00385.
304 Vlekvrye staal skede
Ruwe oorgangsaansluiting met spanningsverligting
Sonde lengte – 6 Duim (152 mm) of 12 Duim (305mm)
Sonde deursnee 1/8 duim (3 mm)
Drie draad 72 Duim (1.8m) Looddraad eindig in graafsakke
Temperatuurgradering : 660° F (350°C)

Die PT100-reeks is RTD probes met vlekvrye staal skede en 100 ohm platinum RTD element. Die PT100-11 is beskikbaar met 6 of 12 duim sondelengte. Hierdie sondes beskik oor 'n 3mm deursnee skede wat uit gebou is 304 vlekvrye staal, 'n swaardiens-oorgangslas wat die sonde met die looddrade verbind en 72 duim looddraad wat eindig in kleurgekodeerde graaftakke. 'n Klas A-sensorelement word gebruik om hoë akkuraatheidsmetings te verskaf.

Die PT100-sonde is goed geskik vir industriële omgewings. RTD's is weerstandgebaseerde sensors, so elektriese geraas het 'n minimum effek op die seinkwaliteit. Die driedraad-loodontwerp kompenseer vir die looddraadweerstand wat langer draadlopies toelaat sonder 'n beduidende impak op akkuraatheid. Die robuuste oorgangslas met veerdraadtrekverligting sorg vir 'n hoogs meganies gesonde verbinding tussen die draad en die sonde.