Lämpösensori ( NTC / RTD ) käsite, kehittäminen ja luokittelu

minä. Lämpötila-anturin peruskäsitteet
1. Lämpötila
Lämpötila on fysikaalinen suure, joka ilmaisee esineen kuumuuden tai kylmyyden asteen. Mikroskooppisesti, se on kohteen molekyylien lämpöliikkeen intensiteetti. Mitä korkeampi lämpötila, sitä voimakkaampi on kohteen sisällä olevien molekyylien lämpöliike.

Lämpötilaa voidaan mitata vain epäsuorasti tiettyjen kohteen ominaisuuksien kautta, jotka muuttuvat lämpötilan mukaan, ja esineen lämpötila-arvon mittaamiseen käytettyä asteikkoa kutsutaan lämpötila-asteikoksi. Se määrittää aloituskohdan (nolla piste) lämpötilalukemasta ja lämpötilan mittauksen perusyksiköstä. Kansainvälinen yksikkö on termodynaaminen asteikko (K). Muita kansainvälisesti tällä hetkellä käytettyjä lämpötila-asteikkoja ovat Fahrenheit-asteikko (°F), Celsius-asteikko (°C) ja kansainvälinen käytännön lämpötila-asteikko.

Molekyyliliiketeorian näkökulmasta, lämpötila on merkki kohteen molekyyliliikkeen keskimääräisestä kineettisestä energiasta. Lämpötila on useiden molekyylien lämpöliikkeen kollektiivinen ilmaus, ja se sisältää tilastollisen merkityksen.

Simulaatiokaavio: Suljetussa tilassa, kaasumolekyylien liikenopeus korkeissa lämpötiloissa on nopeampi kuin matalissa lämpötiloissa!

NTC-lämpötila-anturi ruostumattomasta teräksestä valmistettuun putken mittapääsarjaan

NTC-lämpötila-anturi ABS-kotelolla anturin johto 105°

NTC-lämpötila-anturi SEMITEC-termistorilla

2. Lämpösensori
Lämpötila-anturilla tarkoitetaan anturia, joka voi havaita lämpötilan ja muuntaa sen käyttökelpoiseksi lähtösignaaliksi. Se on tärkeä laite lämpötilan havaitsemiseen ja säätelyyn. Among the wide variety of sensors, temperature sensors are one of the most widely used and fastest-growing sensors. In the automation process of industrial production, temperature measurement points account for about half of all measurement points.

3. Composition of temperature sensors

II. Lämpötila-anturien kehittäminen
The perception of heat and cold is the basis of human experience, but finding a way to measure temperature has stumped many great men. It is not clear whether the ancient Greeks or the Chinese first found a way to measure temperature, but there are records that the history of temperature sensors began in the Renaissance.

We start with the challenges faced by temperature measurement, and then introduce the development history of temperature sensors from different aspects [Source: OMEGA Industrial Measurement White Paper Document]:

1. Mittaushaasteet
Lämmöllä mitataan kokonaisuuden tai esineen sisältämää energiaa. Mitä suurempi energia, mitä korkeampi lämpötila. kuitenkin, toisin kuin fysikaaliset ominaisuudet, kuten massa ja pituus, lämpöä on vaikea mitata suoraan, joten useimmat mittausmenetelmät ovat epäsuoria, ja lämpötila päätellään tarkkailemalla kohteen kuumentamisen vaikutusta. Siksi, lämmön mittausstandardi on aina ollut haaste.

sisään 1664, Robert Hooke ehdotti veden jäätymispisteen käyttöä lämpötilan vertailupisteenä. Ole Reimer uskoi, että olisi määritettävä kaksi kiinteää pistettä, ja hän valitsi Hooken jäätymispisteen ja veden kiehumispisteen. kuitenkin, Kuumien ja kylmien esineiden lämpötilan mittaaminen on aina ollut ongelma. 1800-luvulla, tutkijat, kuten Gay-Lussac, joka opiskeli kaasulakia, havaitsi, että kun kaasua kuumennetaan vakiopaineessa, lämpötila nousee 1 Celsius-astetta ja äänenvoimakkuus kasvaa 1/267 (myöhemmin tarkistettu 1/273.15), ja käsite 0 astetta -273,15℃ johdettiin.

2. Tarkkaile laajenemista: nesteitä ja bimetalleja
Raporttien mukaan, Galileon uskotaan tehneen laitteen, joka näyttää lämpötilan muutokset ympärillä 1592. Tämä laite vaikuttaa vesipatsaan säätelemällä ilman supistumista säiliössä, ja vesipatsaan korkeus osoittaa jäähtymisasteen. Mutta koska ilmanpaine vaikuttaa helposti tähän laitteeseen, sitä voidaan pitää vain uudenlaisena leluna.

Sen tunnetun lämpömittarin keksi Santorio Santorii Italiassa vuonna 1612. Hän sulki nesteen lasiputkeen ja tarkkaili sen liikettä sen laajentuessa.

Asteikkojen asettaminen putkeen helpotti muutosten havaitsemista, mutta järjestelmästä puuttui vielä tarkkoja yksiköitä. Reimerin kanssa työskenteli Gabriel Fahrenheit. Hän alkoi valmistaa lämpömittareita käyttämällä nesteenä alkoholia ja elohopeaa. Elohopea oli täydellinen, koska sillä oli lineaarinen vaste lämpötilan muutoksiin laajalla alueella, mutta se oli erittäin myrkyllistä, joten sitä käytetään nyt yhä vähemmän. Muita vaihtoehtoisia nesteitä tutkitaan, mutta se on edelleen laajalti käytössä.

Bimetallinen lämpötila-anturi keksittiin 1800-luvun lopulla. Se hyödyntää kahden metallilevyn epätasaista laajenemista, kun ne liitetään. Lämpötilan muutos saa metallilevyt taipumaan, jolla voidaan aktivoida termostaatti tai mittari, joka on samanlainen kuin kaasuritiloissa. Tämän anturin tarkkuus ei ole korkea, ehkä plus tai miinus kaksi astetta, mutta se on myös laajalti käytetty alhaisen hinnan vuoksi.

3. Termosähköinen vaikutus
1800-luvun alussa, sähkö oli jännittävä ala. Tutkijat havaitsivat, että eri metalleilla on erilainen vastus ja johtavuus. sisään 1821, Thomas Johann Seebeck löysi lämpösähköisen vaikutuksen, eli eri metalleja voidaan yhdistää toisiinsa ja sijoittaa eri lämpötiloihin jännitteen tuottamiseksi. Davy osoitti korrelaation metallin ominaisvastuksen ja lämpötilan välillä. Becquerel ehdotti platina-platina-termoparien käyttöä lämpötilan mittaamiseen, ja varsinaisen laitteen loi Leopold vuonna 1829. Platinaa voidaan käyttää myös vastuslämpötila-antureissa, keksi Myers vuonna 1932. Se on yksi tarkimmista antureista lämpötilan mittaamiseen.

Lankakäämityt RTD:t ovat hauraita eivätkä siksi sovellu teollisiin sovelluksiin. Viime vuosina on kehitetty ohutkalvo-RTD-laitteita, jotka eivät ole yhtä tarkkoja kuin langalliset RTD:t, mutta ovat kestävämpiä. 1900-luvulla keksittiin myös puolijohteiden lämpötilan mittauslaitteet. Puolijohteiden lämpötilan mittauslaitteet reagoivat lämpötilan muutoksiin ja niillä on suuri tarkkuus, mutta viime aikoihin asti, niistä puuttuu lineaarisuus.

4. Lämpösäteily
Erittäin kuumat metallit ja sulat metallit tuottavat lämpöä, säteilee lämpöä ja näkyvää valoa. Alemmissa lämpötiloissa, ne säteilevät myös lämpöenergiaa, mutta pitemmillä aallonpituuksilla. Brittiläinen tähtitieteilijä William Herschel löysi vuonna 1800 että tämä “sumea” valo tai infrapunavalo tuottaa lämpöä.

Työskentelen maanmiehensä Melonin kanssa, Robelli löysi tavan havaita tämä säteilyenergia yhdistämällä termoparit sarjaan lämpöpaaluksi. Tätä seurattiin sisään 1878 bolometrin mukaan. Keksi amerikkalainen Samuel Langley, tämä käytti kahta platinanauhaa, yksi mustattu yhden käden siltajärjestelyssä. Lämmitys infrapunasäteilyllä sai aikaan mitattavissa olevan resistanssin muutoksen. Bolometrit ovat herkkiä monenlaisille infrapuna-aallonpituuksille.

Sitä vastoin, säteilykvanttidetektorityyppiset laitteet, jota on kehitetty 1940-luvulta lähtien, vastasi vain infrapunavaloon rajoitetulla kaistalla. Tänään, edullisia pyrometrejä käytetään laajalti, ja tulee yhä enemmän, kun lämpökameran hinnat laskevat.

5. Lämpötila-asteikko
Kun Fahrenheit teki lämpömittarin, hän tajusi, että hän tarvitsi lämpötila-asteikon. Hän asetti 30 astetta suolavettä jäätymispisteenä ja yli 180 astetta suolavettä kiehumispisteenä. 25 vuotta myöhemmin, Anders Celsius ehdotti asteikon käyttöä 0-100, ja tämän päivän “Celsius” on myös nimetty hänen mukaansa.

Myöhemmin, William Thomson huomasi kiinteän pisteen asettamisen edut asteikon toiseen päähän, ja sitten Kelvin ehdotti asettelua 0 astetta Celsius-järjestelmän lähtöpisteenä. Tästä muodostui tieteessä nykyään käytetty Kelvinin lämpötila-asteikko.

III. Lämpötila-anturien luokittelu
Lämpötila-antureita on monenlaisia, ja niillä on eri nimet eri luokitusstandardien mukaan.

1. Luokittelu mittausmenetelmän mukaan
Mittausmenetelmän mukaan, ne voidaan jakaa kahteen luokkaan: kontakti ja ei-kontakti.

(1) Kosketa lämpötila-anturia:

Anturi ottaa suoraan yhteyttä mitattavaan kohteeseen lämpötilan mittaamiseksi. Kun mitattavan kohteen lämpö siirtyy anturiin, mitattavan kohteen lämpötila laskee. Erityisesti, kun mitattavan kohteen lämpökapasiteetti on pieni, mittaustarkkuus on alhainen. Siksi, esineen todellisen lämpötilan mittaamisen edellytys tällä tavalla on, että mitattavan kohteen lämpökapasiteetti on riittävän suuri.

(2) Kosketukseton lämpötila-anturi:
Se käyttää pääasiassa mitattavan kohteen lämpösäteilyn lähettämää infrapunasäteilyä kohteen lämpötilan mittaamiseen, ja voidaan mitata etänä. Sen valmistuskustannukset ovat korkeat, mutta mittaustarkkuus on alhainen. Etuna on, että se ei ime lämpöä mitattavasta kohteesta; se ei häiritse mitattavan kohteen lämpötilakenttää; jatkuva mittaus ei tuota kulutusta; sillä on nopea vastaus, jne.

2. Luokittelu erilaisten fysikaalisten ilmiöiden mukaan
Lisäksi, on mikroaaltouunin lämpötila-antureita, melun lämpötila-anturit, lämpötilakartan lämpötila-anturit, lämpövirtausmittarit, suihkulämpömittarit, ydinmagneettiset resonanssilämpömittarit, Mossbauer-efektilämpömittarit, Josephson-efektilämpömittarit, matalan lämpötilan suprajohtavat muunnoslämpömittarit, valokuitujen lämpötila-anturit, jne. Joitakin näistä lämpötila-antureista on käytetty, ja osa on vielä kehitteillä.

Vedenpitävä, korroosionesto RTD PT100 lämpötila-anturi

RTD PT100 Lämpötila-anturi 1-2 NPT ulkoinen kierreliitäntä

PT100 Lämpötila-anturin RTD-anturi 6 tuuman anturin pituus

100 Ohmin A-luokan platinaelementti (PT100)
Lämpötilakerroin, a = 0.00385.
304 Ruostumattomasta teräksestä valmistettu vaippa
Kestävä siirtymäliitos vedonpoistolla
Anturin pituus – 6 Tuumaa (152 mm) tai 12 Tuumaa (305mm)
Anturin halkaisija 1/8 tuumaa (3 mm)
Kolme johtoa 72 tuuma (1.8m) Lyijylanka päättyy lapion korvakkeisiin
Lämpötilaluokitus : 660°F (350°C)

PT100-sarja on RTD-anturia, joissa on ruostumattomasta teräksestä valmistettu vaippa ja 100 ohm platina RTD elementti. PT100-11 on saatavana 6 tai 12 tuuman anturin pituus. Näissä antureissa on halkaisijaltaan 3 mm:n vaippa, joka on valmistettu 304 ruostumaton teräs, raskas siirtymäliitos, joka yhdistää anturin johtoihin ja 72 tuumaa lyijylankaa, joka päättyy värikoodattuihin lapion korvakkeisiin. Luokan A anturielementtiä käytetään korkean tarkkuuden mittaamiseen.

PT100-anturi soveltuu hyvin teollisuusympäristöihin. RTD:t ovat vastuspohjaisia ​​antureita, joten sähköisellä kohinalla on minimaalinen vaikutus signaalin laatuun. Kolmijohtiminen rakenne kompensoi lyijyjohtimien vastusta mahdollistaen pidemmät johdot ilman merkittävää vaikutusta tarkkuuteen. Kestävä siirtymäliitos jousilangan vedonpoistolla tekee mekaanisesti erittäin tukevan liitännän langan ja anturin välille.