Temperatuuriandur ( NTC / RTD ) kontseptsioon, arendamine ja klassifitseerimine

I. Temperatuurianduri põhimõisted
1. Temperatuur
Temperatuur on füüsikaline suurus, mis näitab objekti kuumuse või külma astet. Mikroskoopiliselt, see on objekti molekulide soojusliikumise intensiivsus. Mida kõrgem on temperatuur, seda intensiivsem on molekulide soojusliikumine objekti sees.

Temperatuuri saab mõõta ainult kaudselt objekti teatud omaduste kaudu, mis muutuvad temperatuuriga, ja skaalat, mida kasutatakse objekti temperatuuri väärtuse mõõtmiseks, nimetatakse temperatuuriskaalaks. See määrab lähtepunkti (null punkt) temperatuuri näidu ja temperatuuri mõõtmise põhiühiku kohta. Rahvusvaheline ühik on termodünaamiline skaala (K). Teised temperatuuriskaalad, mida praegu rohkem rahvusvaheliselt kasutatakse, on Fahrenheiti skaala (°F), Celsiuse skaala (°C) ja rahvusvaheline praktiline temperatuuriskaala.

Molekulaarse liikumise teooria vaatenurgast, temperatuur on märk objekti molekulaarse liikumise keskmisest kineetilisest energiast. Temperatuur on suure hulga molekulide soojusliikumise kollektiivne väljendus ja sellel on statistiline tähtsus.

Simulatsiooni diagramm: Suletud ruumis, gaasimolekulide liikumiskiirus kõrgetel temperatuuridel on kiirem kui madalatel temperatuuridel!

NTC temperatuuriandur koos roostevabast terasest toru sondi komplektiga

NTC temperatuuriandur koos ABS korpusega sondi juhtmega 105°

NTC temperatuuriandur koos SEMITEC termistoriga

2. Temperatuuriandur
Temperatuuriandur viitab andurile, mis suudab tajuda temperatuuri ja teisendada selle kasutatavaks väljundsignaaliks. See on oluline seade temperatuuri tuvastamiseks ja juhtimiseks. Erinevate andurite hulgas, temperatuuriandurid on ühed enim kasutatavad ja kiiremini kasvavad andurid. Tööstusliku tootmise automatiseerimisprotsessis, temperatuuri mõõtmise punktid moodustavad ligikaudu poole kõigist mõõtmispunktidest.

3. Temperatuuriandurite koostis

II. Temperatuuriandurite arendamine
Kuumuse ja külma tajumine on inimkogemuse aluseks, kuid temperatuuri mõõtmise viisi leidmine on paljusid suuri mehi hämmingus. Pole selge, kas iidsed kreeklased või hiinlased leidsid kõigepealt viisi temperatuuri mõõtmiseks, kuid on andmeid, et temperatuuriandurite ajalugu sai alguse renessansiajastul.

Alustame temperatuuri mõõtmisega seotud väljakutsetest, ja seejärel tutvustada temperatuuriandurite arengulugu erinevatest aspektidest [Allikas: OMEGA tööstuslike mõõtmiste valge raamat]:

1. Mõõtmise väljakutsed
Soojust kasutatakse tervikus või objektis sisalduva energia mõõtmiseks. Mida suurem on energia, mida kõrgem on temperatuur. Siiski, erinevalt füüsikalistest omadustest nagu mass ja pikkus, soojust on raske otse mõõta, seega on enamik mõõtmismeetodeid kaudsed, ja temperatuuri järeldatakse objekti kuumutamise mõju jälgides. Seetõttu, soojuse mõõtmise standard on alati olnud väljakutse.

sisse 1664, Robert Hooke tegi ettepaneku kasutada temperatuuri võrdluspunktina vee külmumispunkti. Ole Reimer arvas, et määrata tuleks kaks kindlat punkti, ja ta valis Hooke'i külmumispunkti ja vee keemistemperatuuri. Siiski, kuumade ja külmade esemete temperatuuri mõõtmine on alati olnud probleem. 19. sajandil, teadlased nagu Gay-Lussac, kes õppis gaasiseadust, leidis, et kui gaasi kuumutatakse püsiva rõhu all, temperatuur tõuseb võrra 1 kraadi Celsiuse järgi ja helitugevus suureneb 1/267 (hiljem muudetud 1/273.15), ja mõiste 0 tuletati kraadid -273,15 ℃.

2. Jälgige laienemist: vedelikud ja bimetallid
Aruannete kohaselt, Arvatakse, et Galileo on valmistanud seadme, mis näitab ümbritseva temperatuuri muutusi 1592. See seade mõjutab veesammast, kontrollides õhu kokkutõmbumist mahutis, ja veesamba kõrgus näitab jahutusastet. Kuid kuna see seade on õhurõhust kergesti mõjutatud, seda saab pidada ainult uudseks mänguasjaks.

Meie teadaoleva termomeetri leiutas Santorio Santorii Itaalias aastal 1612. Ta sulges vedeliku klaastorusse ja jälgis selle liikumist, kui see paisus.

Kui torule mõned kaalud panna, oli muutusi lihtsam näha, kuid süsteemil puudusid endiselt täpsed ühikud. Reimeriga töötas Gabriel Fahrenheit. Ta hakkas tootma termomeetreid, kasutades vedelikena alkoholi ja elavhõbedat. Elavhõbe oli täiuslik, kuna tal oli lineaarne reaktsioon temperatuurimuutustele suures vahemikus, kuid see oli väga mürgine, seega kasutatakse seda nüüd üha vähem. Uuritakse teisi alternatiivseid vedelikke, kuid seda kasutatakse endiselt laialdaselt.

Bimetallist temperatuuriandur leiutati 1800. aastate lõpus. See kasutab ära kahe metalllehe ebaühtlast paisumist nende ühendamisel. Temperatuurimuutus põhjustab metalllehtede paindumist, mida saab kasutada gaasivõredes kasutatavate termostaadi või arvesti aktiveerimiseks. Selle anduri täpsus ei ole kõrge, võib-olla pluss-miinus kaks kraadi, kuid seda kasutatakse laialdaselt ka selle madala hinna tõttu.

3. Termoelektriline efekt
1800. aastate alguses, elekter oli põnev valdkond. Teadlased avastasid, et erinevatel metallidel on erinev takistus ja juhtivus. sisse 1821, Thomas Johann Seebeck avastas termoelektrilise efekti, mis seisneb selles, et erinevaid metalle saab omavahel ühendada ja panna erinevatele temperatuuridele pinge tekitamiseks. Davy demonstreeris seost metalli takistuse ja temperatuuri vahel. Becquerel tegi ettepaneku kasutada temperatuuri mõõtmiseks plaatina-plaatina termopaare, ja tegeliku seadme lõi Leopold aastal 1829. Plaatina saab kasutada ka takistustemperatuuri detektorites, aastal leiutas Myers 1932. See on üks täpsemaid andureid temperatuuri mõõtmiseks.

Traat-RTD-d on haprad ega sobi seetõttu tööstuslikeks rakendusteks. Viimastel aastatel on arendatud õhukese kilega RTD-sid, mis ei ole nii täpsed kui traat-RTD-d, kuid on vastupidavamad. 20. sajandil leiutati ka pooljuhtide temperatuuri mõõtmise seadmed. Pooljuhtide temperatuuri mõõtmise seadmed reageerivad temperatuurimuutustele ja on suure täpsusega, aga kuni viimase ajani, neil puudub lineaarsus.

4. Soojuskiirgus
Väga kuumad metallid ja sulametallid tekitavad soojust, kiirgavad soojust ja nähtavat valgust. Madalamatel temperatuuridel, nad kiirgavad ka soojusenergiat, kuid pikemate lainepikkustega. aastal avastas Briti astronoom William Herschel 1800 et see “hägune” valgus või infrapunavalgus tekitab soojust.

Koostöö kaasmaalase Meloniga, Robelli avastas viisi selle kiirgusenergia tuvastamiseks, ühendades termopaarid järjestikku, et luua termopilt. Sellele järgnes 1878 bolomeetri järgi. Leiutas ameeriklane Samuel Langley, selleks kasutati kahte plaatinariba, üks mustaks ühe käega sillaseades. Infrapunakiirgusega kuumutamine põhjustas mõõdetava takistuse muutuse. Bolomeetrid on tundlikud paljude infrapuna lainepikkuste suhtes.

Seevastu, kiirguskvantdetektori tüüpi seadmed, mida arendati alates 1940. aastatest, reageeris ainult infrapunavalgusele piiratud sagedusalas. Täna, odavaid püromeetreid kasutatakse laialdaselt, ja muutub seda veelgi, kui termokaamerate hind langeb.

5. Temperatuuri skaala
Kui Fahrenheit tegi termomeetri, ta sai aru, et vajab temperatuuriskaalat. Ta seadis 30 külmumispunktiks soolane vesi ja üle selle 180 keemistemperatuuriks soolvesi. 25 aastaid hiljem, Anders Celsius tegi ettepaneku kasutada skaalat 0-100, ja tänane “Celsiuse järgi” on ka tema nime saanud.

Hiljem, William Thomson avastas skaala ühte otsa fikseeritud punkti seadmise eelised, ja siis tegi Kelvin ettepaneku sättida 0 kraadi Celsiuse süsteemi lähtepunktiks. See moodustas tänapäeval teaduses kasutatava Kelvini temperatuuriskaala.

III. Temperatuuriandurite klassifikatsioon
Temperatuuriandureid on mitut tüüpi, ja neil on erinevad nimed vastavalt erinevatele klassifikatsioonistandarditele.

1. Klassifikatsioon mõõtmismeetodi järgi
Vastavalt mõõtmismeetodile, neid saab jagada kahte kategooriasse: kontakt ja mittekontaktne.

(1) Kontakt temperatuuriandur:

Andur puutub temperatuuri mõõtmiseks vahetult kokku mõõdetava objektiga. Kuna mõõdetava objekti soojus kandub üle andurile, alandatakse mõõdetava objekti temperatuuri. Eelkõige, kui mõõdetava objekti soojusmahtuvus on väike, mõõtmise täpsus on madal. Seetõttu, objekti tegeliku temperatuuri sellisel viisil mõõtmise eelduseks on, et mõõdetava objekti soojusmahtuvus on piisavalt suur.

(2) Kontaktivaba temperatuuriandur:
See kasutab põhiliselt infrapunakiirgust, mida kiirgab mõõdetava objekti soojuskiirgus, et mõõta objekti temperatuuri, ja seda saab kaugjuhtimisega mõõta. Selle tootmiskulud on kõrged, kuid mõõtmise täpsus on madal. Eelised on see, et see ei ima mõõdetavalt objektilt soojust; see ei sega mõõdetava objekti temperatuurivälja; pidev mõõtmine ei tekita tarbimist; sellel on kiire reaktsioon, jne.

2. Klassifikatsioon erinevate füüsikaliste nähtuste järgi
Lisaks, seal on mikrolaine temperatuuriandurid, müra temperatuuriandurid, temperatuurikaardi temperatuuriandurid, soojusvoolumõõturid, reaktiivtermomeetrid, tuumamagnetresonantstermomeetrid, Mossbaueri efektiga termomeetrid, Josephsoni efektiga termomeetrid, madala temperatuuriga ülijuhtivad konversioonitermomeetrid, optiliste kiudude temperatuuriandurid, jne. Mõned neist temperatuurianduritest on rakendatud, ja mõned on veel väljatöötamisel.

Veekindel, korrosioonivastane RTD PT100 temperatuuriandur

RTD PT100 Temperatuuriandur koos 1-2 NPT väliskeermega ühendus

PT100 Temperatuurianduri RTD sond koos 6 tolline sondi pikkus

100 Ohm A-klassi plaatinaelement (PT100)
Temperatuuri koefitsient, a = 0.00385.
304 Roostevabast terasest mantel
Vastupidav üleminekuristmik koos tõmbevabastusega
Sondi pikkus – 6 Tollid (152 mm) või 12 Tollid (305mm)
Sondi läbimõõt 1/8 tolli (3 mm)
Kolm juhet 72 tolli (1.8m) Pliitraat, mis lõpeb labidaotstes
Temperatuuri reiting : 660°F (350°C)

PT100 seeria on RTD sondid, millel on roostevabast terasest mantel ja 100 oomi plaatina RTD element. PT100-11 on saadaval koos 6 või 12 tolline sondi pikkus. Nendel sondidel on 3 mm läbimõõduga kest, mis on valmistatud 304 roostevaba teras, raskeveokite üleminekuliide, mis ühendab sondi juhtjuhtmetega ja 72 tolline pliitraat, mis lõpeb värvikoodiga labida kõrvadega. Kõrge täpsusega mõõtmiste tegemiseks kasutatakse A-klassi andurielementi.

PT100 sond sobib hästi tööstuskeskkondadesse. RTD-d on takistuspõhised andurid, nii et elektriline müra mõjutab signaali kvaliteeti minimaalselt. Kolmejuhtmeline konstruktsioon kompenseerib juhtmetakistuse, võimaldades pikemat juhtme pikkust ilma täpsust oluliselt mõjutamata. Vastupidav üleminekuliide koos vedrutraadi tõmbevabastusega tagab traadi ja sondi vahel väga mehaaniliselt usaldusväärse ühenduse.