तापमान संवेदक ( एनटीसी / आरटीडी ) अवधारणा, विकास और वर्गीकरण

मैं. तापमान सेंसर की बुनियादी अवधारणाएँ
1. तापमान
तापमान एक भौतिक मात्रा है जो किसी वस्तु की गर्माहट या ठंडक की डिग्री को इंगित करता है. सूक्ष्म, यह किसी वस्तु के अणुओं की तापीय गति की तीव्रता है. तापमान जितना अधिक होगा, वस्तु के अंदर अणुओं की तापीय गति जितनी अधिक तीव्र होगी.

तापमान को अप्रत्यक्ष रूप से किसी वस्तु की कुछ विशेषताओं के माध्यम से ही मापा जा सकता है जो तापमान के साथ बदलती हैं, और किसी वस्तु के तापमान मान को मापने के लिए उपयोग किए जाने वाले पैमाने को तापमान पैमाना कहा जाता है. यह आरंभिक बिंदु निर्दिष्ट करता है (शून्य बिंदु) तापमान रीडिंग और तापमान मापने की मूल इकाई. अंतर्राष्ट्रीय इकाई थर्मोडायनामिक स्केल है (के). अन्य तापमान पैमाने जो वर्तमान में अंतरराष्ट्रीय स्तर पर अधिक उपयोग किए जाते हैं वे फ़ारेनहाइट पैमाने हैं (°F), सेल्सियस स्केल (डिग्री सेल्सियस) और अंतर्राष्ट्रीय व्यावहारिक तापमान पैमाना.

आणविक गति सिद्धांत के दृष्टिकोण से, तापमान किसी वस्तु की आणविक गति की औसत गतिज ऊर्जा का संकेत है. तापमान बड़ी संख्या में अणुओं की तापीय गति की सामूहिक अभिव्यक्ति है और इसमें सांख्यिकीय महत्व होता है.

सिमुलेशन आरेख: किसी बंद जगह में, उच्च तापमान पर गैस अणुओं की गति कम तापमान की तुलना में तेज़ होती है!

स्टेनलेस स्टील ट्यूब जांच किट के साथ एनटीसी तापमान सेंसर

एबीएस हाउसिंग प्रोब वायर 105° के साथ एनटीसी तापमान सेंसर

SEMITEC थर्मिस्टर के साथ एनटीसी तापमान सेंसर

2. तापमान संवेदक
तापमान सेंसर एक सेंसर को संदर्भित करता है जो तापमान को महसूस कर सकता है और इसे प्रयोग करने योग्य आउटपुट सिग्नल में परिवर्तित कर सकता है. यह तापमान का पता लगाने और नियंत्रण को साकार करने के लिए एक महत्वपूर्ण उपकरण है. सेंसर की विस्तृत विविधता के बीच, तापमान सेंसर सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले और सबसे तेजी से बढ़ने वाले सेंसर में से एक हैं. औद्योगिक उत्पादन की स्वचालन प्रक्रिया में, तापमान माप बिंदु सभी माप बिंदुओं का लगभग आधा हिस्सा होते हैं.

3. तापमान सेंसर की संरचना

द्वितीय. तापमान सेंसर का विकास
गर्मी और ठंड की अनुभूति मानव अनुभव का आधार है, लेकिन तापमान मापने का तरीका खोजने से कई महान लोग स्तब्ध रह गए हैं. यह स्पष्ट नहीं है कि तापमान मापने का तरीका सबसे पहले प्राचीन यूनानियों ने खोजा था या चीनियों ने, लेकिन ऐसे रिकॉर्ड हैं कि तापमान सेंसर का इतिहास पुनर्जागरण में शुरू हुआ.

हम तापमान मापन में आने वाली चुनौतियों से शुरुआत करते हैं, और फिर विभिन्न पहलुओं से तापमान सेंसर के विकास के इतिहास का परिचय दें [स्रोत: ओमेगा औद्योगिक मापन श्वेत पत्र दस्तावेज़]:

1. माप की चुनौतियाँ
ऊष्मा का उपयोग किसी संपूर्ण वस्तु या वस्तु में निहित ऊर्जा को मापने के लिए किया जाता है. ऊर्जा जितनी अधिक होगी, तापमान जितना अधिक होगा. तथापि, द्रव्यमान और लंबाई जैसे भौतिक गुणों के विपरीत, ताप को सीधे मापना कठिन है, इसलिए अधिकांश माप विधियाँ अप्रत्यक्ष हैं, और तापमान का अनुमान वस्तु को गर्म करने के प्रभाव को देखकर लगाया जाता है. इसलिए, ऊष्मा का माप मानक सदैव एक चुनौती रहा है.

में 1664, रॉबर्ट हुक ने तापमान के संदर्भ बिंदु के रूप में पानी के हिमांक का उपयोग करने का प्रस्ताव रखा. ओले रीमर का मानना ​​था कि दो निश्चित बिंदु निर्धारित किये जाने चाहिए, और उन्होंने हुक के हिमांक और पानी के क्वथनांक को चुना. तथापि, गर्म और ठंडी वस्तुओं का तापमान कैसे मापें यह हमेशा से एक समस्या रही है. 19वीं सदी में, गे-लुसाक जैसे वैज्ञानिक, जिन्होंने गैस कानून का अध्ययन किया, पाया गया कि जब किसी गैस को स्थिर दबाव में गर्म किया जाता है, तापमान बढ़ जाता है 1 डिग्री सेल्सियस और आयतन बढ़ जाता है 1/267 (बाद में संशोधित किया गया 1/273.15), और की अवधारणा 0 डिग्री -273.15℃ प्राप्त की गई.

2. विस्तार का निरीक्षण करें: तरल पदार्थ और द्विधातु
रिपोर्ट्स के मुताबिक, माना जाता है कि गैलीलियो ने एक ऐसा उपकरण बनाया था जो आसपास के तापमान में बदलाव दिखाता है 1592. यह उपकरण एक कंटेनर में हवा के संकुचन को नियंत्रित करके जल स्तंभ को प्रभावित करता है, और पानी के स्तंभ की ऊंचाई शीतलन की डिग्री को इंगित करती है. लेकिन क्योंकि यह उपकरण हवा के दबाव से आसानी से प्रभावित होता है, इसे केवल एक नया खिलौना ही माना जा सकता है.

जैसा कि हम जानते हैं, थर्मामीटर का आविष्कार सैंटोरियो सैंटोरी ने इटली में किया था 1612. उन्होंने तरल को एक कांच की नली में बंद कर दिया और उसके फैलने पर उसकी गति को देखा.

ट्यूब पर कुछ स्केल लगाने से परिवर्तनों को देखना आसान हो गया, लेकिन सिस्टम में अभी भी सटीक इकाइयों का अभाव था. रीमर के साथ गेब्रियल फ़ारेनहाइट काम कर रहे थे. उन्होंने अल्कोहल और पारे को तरल पदार्थ के रूप में उपयोग करके थर्मामीटर का उत्पादन शुरू किया. बुध एकदम सही था क्योंकि इसकी एक बड़ी रेंज में तापमान परिवर्तन के प्रति रैखिक प्रतिक्रिया थी, लेकिन यह अत्यधिक विषैला था, इसलिए अब इसका प्रयोग कम होता जा रहा है. अन्य वैकल्पिक तरल पदार्थों का अध्ययन किया जा रहा है, लेकिन यह अभी भी व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है.

बाईमेटैलिक तापमान सेंसर का आविष्कार 1800 के अंत में हुआ था. यह दो धातु शीटों को जोड़ने पर उनके असमान विस्तार का लाभ उठाता है. तापमान परिवर्तन के कारण धातु की चादरें मुड़ जाती हैं, जिसका उपयोग गैस ग्रिल्स के समान थर्मोस्टेट या मीटर को सक्रिय करने के लिए किया जा सकता है. इस सेंसर की सटीकता अधिक नहीं है, शायद प्लस या माइनस दो डिग्री, लेकिन इसकी कम कीमत के कारण भी इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है.

3. थर्मोइलेक्ट्रिक प्रभाव
1800 के आरंभ में, बिजली एक रोमांचक क्षेत्र था. वैज्ञानिकों ने पाया कि विभिन्न धातुओं का प्रतिरोध और चालकता अलग-अलग होती है. में 1821, थॉमस जोहान सीबेक ने थर्मोइलेक्ट्रिक प्रभाव की खोज की, जो यह है कि वोल्टेज उत्पन्न करने के लिए विभिन्न धातुओं को एक साथ जोड़ा जा सकता है और विभिन्न तापमानों पर रखा जा सकता है. डेवी ने धातु प्रतिरोधकता और तापमान के बीच संबंध का प्रदर्शन किया. बेकरेल ने तापमान माप के लिए प्लैटिनम-प्लैटिनम थर्मोकपल के उपयोग का प्रस्ताव रखा, और वास्तविक उपकरण लियोपोल्ड द्वारा बनाया गया था 1829. प्लैटिनम का उपयोग प्रतिरोध तापमान डिटेक्टरों में भी किया जा सकता है, मायर्स द्वारा आविष्कार किया गया 1932. यह तापमान मापने के लिए सबसे सटीक सेंसरों में से एक है.

वायरवाउंड आरटीडी नाजुक होते हैं और इसलिए औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए अनुपयुक्त होते हैं. हाल के वर्षों में पतली फिल्म आरटीडी का विकास देखा गया है, जो वायरवाउंड आरटीडी जितने सटीक नहीं हैं, लेकिन अधिक मजबूत हैं. 20वीं सदी में अर्धचालक तापमान माप उपकरणों का आविष्कार भी हुआ. सेमीकंडक्टर तापमान माप उपकरण तापमान परिवर्तन पर प्रतिक्रिया करते हैं और उच्च सटीकता रखते हैं, लेकिन हाल तक, उनमें रैखिकता का अभाव है.

4. तापीय विकिरण
अत्यधिक गर्म धातुएँ और पिघली हुई धातुएँ ऊष्मा उत्पन्न करती हैं, गर्मी और दृश्य प्रकाश उत्सर्जित करना. कम तापमान पर, वे तापीय ऊर्जा भी विकीर्ण करते हैं, लेकिन लंबी तरंग दैर्ध्य के साथ. ब्रिटिश खगोलशास्त्री विलियम हर्शेल ने इसकी खोज की 1800 वह यह “फजी” प्रकाश या अवरक्त प्रकाश ऊष्मा उत्पन्न करता है.

हमवतन मेलोनी के साथ काम कर रही हूं, रोबेली ने थर्मोपाइल बनाने के लिए थर्मोकपल को श्रृंखला में जोड़कर इस उज्ज्वल ऊर्जा का पता लगाने का एक तरीका खोजा. इसका पालन किया गया 1878 बोलोमीटर द्वारा. अमेरिकी सैमुअल लैंगली द्वारा आविष्कार किया गया, इसमें दो प्लैटिनम स्ट्रिप्स का उपयोग किया गया, एक हाथ वाले पुल की व्यवस्था में एक को काला कर दिया गया. अवरक्त विकिरण द्वारा गर्म करने से प्रतिरोध में मापने योग्य परिवर्तन उत्पन्न हुआ. बोलोमीटर अवरक्त तरंग दैर्ध्य की एक विस्तृत श्रृंखला के प्रति संवेदनशील होते हैं.

इसके विपरीत, विकिरण क्वांटम डिटेक्टर प्रकार के उपकरण, जिसे 1940 के दशक से विकसित किया गया था, केवल एक सीमित बैंड में अवरक्त प्रकाश पर प्रतिक्रिया की. आज, सस्ते पाइरोमीटर का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, और जैसे-जैसे थर्मल इमेजिंग कैमरों की कीमत घटेगी, यह और भी अधिक हो जाएगा.

5. तापमान पैमाना
जब फ़ारेनहाइट ने थर्मामीटर बनाया, उन्हें एहसास हुआ कि उन्हें तापमान पैमाने की आवश्यकता है. उसने सेट कर दिया 30 डिग्री खारे पानी को हिमांक बिंदु और उससे अधिक के रूप में 180 क्वथनांक के रूप में डिग्री खारे पानी. 25 वर्षों बाद, एंडर्स सेल्सियस ने एक पैमाने का उपयोग करने का प्रस्ताव रखा 0-100, और आज का “सेल्सीयस” का नाम भी उन्हीं के नाम पर रखा गया है.

बाद में, विलियम थॉमसन ने पैमाने के एक छोर पर एक निश्चित बिंदु स्थापित करने के लाभों की खोज की, और फिर केल्विन ने सेट करने का प्रस्ताव रखा 0 सेल्सियस प्रणाली के प्रारंभिक बिंदु के रूप में डिग्री. इसने आज विज्ञान में उपयोग किए जाने वाले केल्विन तापमान पैमाने का निर्माण किया.

तृतीय. तापमान सेंसर का वर्गीकरण
तापमान सेंसर कई प्रकार के होते हैं, और विभिन्न वर्गीकरण मानकों के अनुसार उनके अलग-अलग नाम हैं.

1. माप विधि द्वारा वर्गीकरण
माप विधि के अनुसार, उन्हें दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: संपर्क और गैर-संपर्क.

(1) तापमान संवेदक से संपर्क करें:

तापमान मापने के लिए सेंसर सीधे मापी जाने वाली वस्तु से संपर्क करता है. जैसे ही मापी जाने वाली वस्तु की गर्मी सेंसर में स्थानांतरित हो जाती है, मापी जाने वाली वस्तु का तापमान कम हो जाता है. विशेष रूप से, जब मापी जाने वाली वस्तु की ताप क्षमता छोटी हो, माप सटीकता कम है. इसलिए, इस तरह से किसी वस्तु का वास्तविक तापमान मापने की शर्त यह है कि मापी जा रही वस्तु की ताप क्षमता काफी बड़ी हो.

(2) गैर-संपर्क तापमान सेंसर:
यह मुख्य रूप से वस्तु के तापमान को मापने के लिए मापी जा रही वस्तु के थर्मल विकिरण द्वारा उत्सर्जित अवरक्त विकिरण का उपयोग करता है, और दूर से मापा जा सकता है. इसकी निर्माण लागत अधिक है, लेकिन माप सटीकता कम है. लाभ यह है कि यह मापी जा रही वस्तु से ऊष्मा को अवशोषित नहीं करता है; यह मापी जा रही वस्तु के तापमान क्षेत्र में हस्तक्षेप नहीं करता है; निरंतर माप से खपत उत्पन्न नहीं होती है; इसकी तीव्र प्रतिक्रिया है, वगैरह.

2. विभिन्न भौतिक घटनाओं के अनुसार वर्गीकरण
इसके अलावा, माइक्रोवेव तापमान सेंसर हैं, शोर तापमान सेंसर, तापमान मानचित्र तापमान सेंसर, ताप प्रवाह मीटर, जेट थर्मामीटर, परमाणु चुंबकीय अनुनाद थर्मामीटर, मॉसबाउर प्रभाव थर्मामीटर, जोसेफसन प्रभाव थर्मामीटर, कम तापमान वाले सुपरकंडक्टिंग रूपांतरण थर्मामीटर, ऑप्टिकल फाइबर तापमान सेंसर, वगैरह. इनमें से कुछ तापमान सेंसर लगाए गए हैं, और कुछ अभी भी विकासाधीन हैं.

जलरोधक, संक्षारण रोधी आरटीडी पीटी100 तापमान सेंसर

आरटीडी पीटी100 तापमान सेंसर के साथ 1-2 एनपीटी बाहरी थ्रेडेड कनेक्शन

PT100 तापमान सेंसर आरटीडी जांच के साथ 6 इंच जांच लंबाई

100 ओम क्लास ए प्लैटिनम तत्व (PT100)
तापमान गुणांक, ए = 0.00385.
304 स्टेनलेस स्टील म्यान
तनाव से राहत के साथ ऊबड़-खाबड़ ट्रांज़िशन जंक्शन
जांच की लंबाई – 6 इंच (152 मिमी) या 12 इंच (305मिमी)
जांच व्यास 1/8 इंच (3 मिमी)
तीन तार 72 इंच (1.8एम) स्पेड लग्स में लीड वायर का समापन
तापमान रेटिंग : 660°F (350डिग्री सेल्सियस)

पीटी100 श्रृंखला स्टेनलेस स्टील शीथ के साथ आरटीडी जांच है 100 ओम प्लैटिनम आरटीडी तत्व. PT100-11 के साथ उपलब्ध हैं 6 या 12 इंच जांच लंबाई. इन जांचों में 3 मिमी व्यास का एक आवरण बनाया गया है 304 स्टेनलेस स्टील, एक भारी शुल्क संक्रमण जोड़ जो जांच को लीड तारों से जोड़ता है 72 रंग कोडित स्पेड लग्स में समाप्त होने वाले लीड तार के इंच. उच्च सटीकता माप प्रदान करने के लिए क्लास ए सेंसर तत्व का उपयोग किया जाता है.

PT100 जांच औद्योगिक वातावरण के लिए उपयुक्त है. आरटीडी प्रतिरोध आधारित सेंसर हैं इसलिए विद्युत शोर का सिग्नल गुणवत्ता पर न्यूनतम प्रभाव पड़ता है. तीन तार वाली लीड डिज़ाइन लीड तार के प्रतिरोध की भरपाई करती है, जिससे तार सटीकता पर महत्वपूर्ण प्रभाव डाले बिना लंबे समय तक चल सकता है. स्प्रिंग वायर स्ट्रेन रिलीफ के साथ मजबूत संक्रमण जोड़ तार और जांच के बीच अत्यधिक यांत्रिक रूप से मजबूत कनेक्शन बनाता है.