Temperatursensor ( NTC / FTE ) Konzept, Entwicklung und Klassifizierung

ICH. Grundkonzepte des Temperatursensors
1. Temperatur
Temperatur ist eine physikalische Größe, die den Grad der Hitze oder Kälte eines Objekts angibt. Mikroskopisch, Es ist die Intensität der thermischen Bewegung der Moleküle eines Objekts. Je höher die Temperatur, desto intensiver ist die thermische Bewegung der Moleküle im Inneren des Objekts.

Die Temperatur kann nur indirekt über bestimmte Eigenschaften eines Objekts gemessen werden, die sich mit der Temperatur ändern, und die Skala, mit der der Temperaturwert eines Objekts gemessen wird, wird Temperaturskala genannt. Es gibt den Ausgangspunkt an (Nullpunkt) der Temperaturanzeige und der Grundeinheit zur Temperaturmessung. Die internationale Einheit ist die thermodynamische Skala (K). Andere Temperaturskalen, die derzeit internationaler verwendet werden, sind die Fahrenheit-Skala (°F), die Celsius-Skala (°C) und die internationale praktische Temperaturskala.

Aus der Perspektive der molekularen Bewegungstheorie, Die Temperatur ist ein Zeichen für die durchschnittliche kinetische Energie der molekularen Bewegung eines Objekts. Die Temperatur ist der kollektive Ausdruck der thermischen Bewegung einer großen Anzahl von Molekülen und hat statistische Bedeutung.

Simulationsdiagramm: In einem geschlossenen Raum, Die Bewegungsgeschwindigkeit von Gasmolekülen ist bei hohen Temperaturen höher als bei niedrigen Temperaturen!

NTC-Temperatursensor mit Sondensatz aus Edelstahlrohr

NTC-Temperatursensor mit ABS-Gehäuse, Sondendraht 105°

NTC-Temperatursensor mit SEMITEC-Thermistor

2. Temperatursensor
Unter einem Temperatursensor versteht man einen Sensor, der die Temperatur erfassen und in ein nutzbares Ausgangssignal umwandeln kann. Es ist ein wichtiges Gerät zur Temperaturerkennung und -steuerung. Unter der großen Vielfalt an Sensoren, Temperatursensoren gehören zu den am weitesten verbreiteten und am schnellsten wachsenden Sensoren. Im Automatisierungsprozess der industriellen Produktion, Temperaturmessstellen machen etwa die Hälfte aller Messstellen aus.

3. Zusammensetzung von Temperatursensoren

Ii. Entwicklung von Temperatursensoren
Die Wahrnehmung von Wärme und Kälte ist die Grundlage menschlichen Erlebens, Aber die Suche nach einer Möglichkeit, die Temperatur zu messen, hat viele große Männer verblüfft. Es ist nicht klar, ob die alten Griechen oder die Chinesen zuerst eine Möglichkeit fanden, die Temperatur zu messen, Es gibt jedoch Aufzeichnungen darüber, dass die Geschichte der Temperatursensoren in der Renaissance begann.

Wir beginnen mit den Herausforderungen, denen sich die Temperaturmessung gegenübersieht, und stellen Sie dann die Entwicklungsgeschichte von Temperatursensoren aus verschiedenen Aspekten vor [Quelle: Whitepaper-Dokument von OMEGA Industrial Measurement]:

1. Herausforderungen der Messung
Mit Wärme wird die in einem Ganzen oder Objekt enthaltene Energie gemessen. Je größer die Energie, desto höher die Temperatur. Jedoch, im Gegensatz zu physikalischen Eigenschaften wie Masse und Länge, Wärme lässt sich nur schwer direkt messen, Daher sind die meisten Messmethoden indirekt, und die Temperatur wird durch Beobachtung der Wirkung der Erwärmung des Objekts abgeleitet. daher, Der Messstandard für Wärme war schon immer eine Herausforderung.

In 1664, Robert Hooke schlug vor, den Gefrierpunkt von Wasser als Referenzpunkt für die Temperatur zu verwenden. Ole Reimer war der Meinung, dass zwei Fixpunkte festgelegt werden sollten, und er wählte Hookes Gefrierpunkt und den Siedepunkt von Wasser. Jedoch, Wie man die Temperatur heißer und kalter Objekte misst, war schon immer ein Problem. Im 19. Jahrhundert, Wissenschaftler wie Gay-Lussac, der das Gasgesetz studierte, fanden heraus, dass, wenn ein Gas unter konstantem Druck erhitzt wird, die Temperatur steigt um 1 Grad Celsius und das Volumen erhöht sich um 1/267 (später überarbeitet zu 1/273.15), und das Konzept von 0 Grad -273,15℃ abgeleitet.

2. Expansion beobachten: Flüssigkeiten und Bimetalle
Berichten zufolge, Es wird angenommen, dass Galileo ein Gerät hergestellt hat, das Temperaturänderungen in der Umgebung anzeigt 1592. Dieses Gerät beeinflusst die Wassersäule, indem es die Kontraktion der Luft in einem Behälter steuert, und die Höhe der Wassersäule gibt den Grad der Abkühlung an. Sondern weil dieses Gerät leicht durch den Luftdruck beeinträchtigt wird, es kann nur als neuartiges Spielzeug betrachtet werden.

Das Thermometer, wie wir es kennen, wurde 1990 von Santorio Santorii in Italien erfunden 1612. Er versiegelte die Flüssigkeit in einem Glasrohr und beobachtete ihre Bewegung, wenn sie sich ausdehnte.

Das Anbringen einiger Skalen an der Röhre machte es einfacher, die Änderungen zu erkennen, aber dem System fehlten immer noch präzise Einheiten. Mit Reimer arbeitete Gabriel Fahrenheit. Er begann mit der Herstellung von Thermometern unter Verwendung von Alkohol und Quecksilber als Flüssigkeiten. Quecksilber war perfekt, weil es über einen großen Bereich linear auf Temperaturänderungen reagierte, aber es war hochgiftig, Daher wird es heute immer seltener verwendet. Andere alternative Flüssigkeiten werden untersucht, aber es ist immer noch weit verbreitet.

Der Bimetall-Temperatursensor wurde Ende des 19. Jahrhunderts erfunden. Dabei wird die ungleichmäßige Ausdehnung zweier Bleche beim Zusammenfügen ausgenutzt. Durch die Temperaturänderung verbiegen sich die Bleche, mit dem ein Thermostat oder ein Messgerät aktiviert werden kann, ähnlich denen, die in Gasgrills verwendet werden. Die Genauigkeit dieses Sensors ist nicht hoch, vielleicht plus oder minus zwei Grad, Aufgrund seines niedrigen Preises ist es aber auch weit verbreitet.

3. Thermoelektrischer Effekt
Im frühen 19. Jahrhundert, Elektrizität war ein spannendes Gebiet. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass verschiedene Metalle unterschiedliche Widerstände und Leitfähigkeiten haben. In 1821, Thomas Johann Seebeck entdeckte den thermoelektrischen Effekt, Das heißt, dass verschiedene Metalle miteinander verbunden und auf unterschiedliche Temperaturen gebracht werden können, um Spannung zu erzeugen. Davy demonstrierte den Zusammenhang zwischen Metallwiderstand und Temperatur. Becquerel schlug die Verwendung von Platin-Platin-Thermoelementen zur Temperaturmessung vor, und das eigentliche Gerät wurde von Leopold in erstellt 1829. Platin kann auch in Widerstandstemperaturfühlern verwendet werden, erfunden von Myers in 1932. Es handelt sich um einen der genauesten Sensoren zur Temperaturmessung.

Drahtgewickelte RTDs sind zerbrechlich und daher für industrielle Anwendungen ungeeignet. In den letzten Jahren wurden Dünnschicht-RTDs entwickelt, die nicht so genau sind wie drahtgewickelte RTDs, sind aber robuster. Im 20. Jahrhundert wurden auch Halbleiter-Temperaturmessgeräte erfunden. Halbleiter-Temperaturmessgeräte reagieren auf Temperaturänderungen und weisen eine hohe Genauigkeit auf, aber bis vor kurzem, es fehlt ihnen an Linearität.

4. Wärmestrahlung
Sehr heiße Metalle und geschmolzene Metalle erzeugen Wärme, emittiert Wärme und sichtbares Licht. Bei niedrigeren Temperaturen, Sie strahlen auch Wärmeenergie ab, aber mit längeren Wellenlängen. Der britische Astronom William Herschel entdeckte in 1800 dass dies “verschwommen” Licht bzw. Infrarotlicht erzeugt Wärme.

Zusammenarbeit mit Landsmann Meloni, Robelli entdeckte eine Möglichkeit, diese Strahlungsenergie zu erfassen, indem er Thermoelemente in Reihe schaltete, um eine Thermosäule zu erzeugen. Dem folgte 1878 durch das Bolometer. Erfunden vom Amerikaner Samuel Langley, Dabei wurden zwei Platinstreifen verwendet, eines geschwärzt in einarmiger Brückenanordnung. Die Erwärmung durch Infrarotstrahlung führte zu einer messbaren Widerstandsänderung. Bolometer reagieren auf ein breites Spektrum an Infrarotwellenlängen.

Im Gegensatz, Geräte vom Typ Strahlungsquantendetektor, die seit den 1940er Jahren entwickelt wurde, reagierte nur auf Infrarotlicht in einem begrenzten Bereich. Heute, Kostengünstige Pyrometer sind weit verbreitet, und wird noch zunehmen, wenn der Preis für Wärmebildkameras sinkt.

5. Temperaturskala
Als Fahrenheit das Thermometer herstellte, ihm wurde klar, dass er eine Temperaturskala brauchte. Er setzte 30 Grad Salzwasser als Gefrierpunkt und mehr 180 Grad Salzwasser als Siedepunkt. 25 Jahre später, Anders Celsius schlug vor, eine Skala von zu verwenden 0-100, und das heutige “Celsius” ist auch nach ihm benannt.

Später, William Thomson entdeckte die Vorteile, einen festen Punkt an einem Ende der Skala festzulegen, und dann schlug Kelvin vor, es zu tun 0 Grad als Ausgangspunkt des Celsiussystems. Dies bildete die Kelvin-Temperaturskala, die heute in der Wissenschaft verwendet wird.

III. Klassifizierung von Temperatursensoren
Es gibt viele Arten von Temperatursensoren, und sie haben je nach Klassifizierungsstandards unterschiedliche Namen.

1. Klassifizierung nach Messmethode
Gemäß der Messmethode, Sie können in zwei Kategorien unterteilt werden: Kontakt und Nichtkontakt.

(1) Kontakttemperatursensor:

Der Sensor kontaktiert das zu messende Objekt direkt, um die Temperatur zu messen. Dabei wird die Wärme des zu messenden Objekts auf den Sensor übertragen, die Temperatur des Messobjektes wird reduziert. Insbesondere, wenn die Wärmekapazität des zu messenden Objekts gering ist, Die Messgenauigkeit ist gering. daher, Voraussetzung für die Messung der wahren Temperatur eines Objekts auf diese Weise ist, dass die Wärmekapazität des Messobjekts groß genug ist.

(2) Berührungsloser Temperatursensor:
Es nutzt hauptsächlich die Infrarotstrahlung, die von der Wärmestrahlung des Messobjekts ausgeht, um die Temperatur des Objekts zu messen, und kann aus der Ferne gemessen werden. Die Herstellungskosten sind hoch, aber die Messgenauigkeit ist gering. Der Vorteil besteht darin, dass keine Wärme vom Messobjekt absorbiert wird; Es beeinträchtigt nicht das Temperaturfeld des Messobjekts; Eine kontinuierliche Messung erzeugt keinen Verbrauch; es hat eine schnelle Reaktion, usw.

2. Einteilung nach verschiedenen physikalischen Phänomenen
Zusätzlich, Es gibt Mikrowellen-Temperatursensoren, Geräuschtemperatursensoren, Temperaturkarte Temperatursensoren, Wärmedurchflussmesser, Strahlthermometer, Kernspinresonanzthermometer, Mossbauer-Effekt-Thermometer, Josephson-Effekt-Thermometer, Tieftemperatur-supraleitende Konversionsthermometer, Temperatursensoren aus optischen Fasern, usw. Einige dieser Temperatursensoren wurden eingesetzt, und einige befinden sich noch in der Entwicklung.

Wasserdicht, Antikorrosion RTD PT100 Temperatursensor

RTD PT100 Temperatursensor mit 1-2 NPT-Außengewindeanschluss

PT100 Temperatursensor RTD-Sonde mit 6 Zoll-Sondenlänge

100 Ohm Class A Platinumelement (PT100)
Temperaturkoeffizient, a = 0.00385.
304 Edelstahlscheide
Robuster Übergangsübergang mit Dehnungsentlastung
Sondenlänge – 6 Zoll (152 mm) oder 12 Zoll (305mm)
Sondendurchmesser 1/8 Zoll (3 mm)
Drei Draht 72 Zoll (1.8M) Bleidraht endet in Spatenböden
Temperaturbewertung : 660°F (350°C)

Bei der PT100-Serie handelt es sich um Widerstandsthermometer mit Edelstahlmantel und 100 Ohm-Platin-RTD-Element. Die PT100-11 sind mit erhältlich 6 oder 12 Zoll-Sondenlänge. Diese Sonden verfügen über eine Hülle mit 3 mm Durchmesser 304 Edelstahl, eine robuste Übergangsverbindung, die die Sonde mit den Anschlusskabeln verbindet 72 Zoll langes Anschlusskabel, das in farbcodierten Kabelschuhen endet. Für hochpräzise Messungen wird ein Sensorelement der Klasse A verwendet.

Der PT100-Fühler eignet sich gut für industrielle Umgebungen. RTDs sind widerstandsbasierte Sensoren, sodass elektrisches Rauschen nur minimale Auswirkungen auf die Signalqualität hat. Das dreiadrige Leitungsdesign kompensiert den Leitungswiderstand und ermöglicht so längere Leitungswege ohne wesentliche Auswirkungen auf die Genauigkeit. Das robuste Übergangsgelenk mit Federdraht-Zugentlastung sorgt für eine mechanisch sehr stabile Verbindung zwischen Draht und Sonde.