温度センサー ( NTC / 測温抵抗体 ) コンセプト, 開発と分類

私. 温度センサーの基本概念
1. 温度
温度とは、物体の温かさ、冷たさの度合いを表す物理量です。. 顕微鏡的に, それは物体の分子の熱運動の強さです. 温度が高いほど, 物体内部の分子の熱運動が激しくなるほど.

温度は、温度とともに変化する物体の特定の特性を通じて間接的にのみ測定できます。, 物体の温度値を測定するために使用されるスケールは温度スケールと呼ばれます. 開始点を指定します (ゼロ点) 温度測定値と温度測定の基本単位. 国際単位は熱力学スケールです (K). 現在、より国際的に使用されている他の温度スケールは華氏スケールです。 (°F), 摂氏スケール (℃) 国際実用温度スケール.

分子運動理論の観点から, 温度は物体の分子運動の平均運動エネルギーの符号です。. 温度は多数の分子の熱運動を集合的に表現したものであり、統計的有意性が含まれています。.

シミュレーション図: 密閉された空間で, 高温時の気体分子の運動速度は低温時よりも速い!

ステンレス鋼管プローブキットを備えた NTC 温度センサー

ABS ハウジングプローブワイヤー付き NTC 温度センサー 105°

SEMITECサーミスターを備えたNTC温度センサー

2. 温度センサー
温度センサーとは、温度を感知し、それを使用可能な出力信号に変換できるセンサーを指します。. 温度の検出と制御を実現するための重要なデバイスです. 多種多様なセンサーの中から, 温度センサーは最も広く使用されており、急速に成長しているセンサーの 1 つです. 工業生産の自動化プロセスにおいて, 温度測定点は全測定点の約半数を占める.

3. 温度センサーの構成

ii. 温度センサーの開発
暑さ寒さの知覚は人間の経験の基礎です, しかし、体温を測定する方法を見つけることは、多くの偉人を困惑させました. 最初に温度を測定する方法を発見したのは古代ギリシャ人か中国人かは明らかではない, しかし、温度センサーの歴史はルネッサンス時代に始まったという記録があります。.

まずは温度測定が直面する課題から始めます, 温度センサーの開発の歴史をさまざまな角度から紹介します [ソース: OMEGA 工業用計測ホワイトペーパー ドキュメント]:

1. 測定の課題
熱は、全体または物体に含まれるエネルギーを測定するために使用されます。. エネルギーが大きいほど, 温度が高いほど. しかし, 質量や長さなどの物理的特性とは異なります, 熱を直接測定することは困難です, したがって、ほとんどの測定方法は間接的です, 温度は物体を加熱する効果を観察することによって推定されます。. したがって, 熱の測定基準は常に課題でした.

で 1664, ロバート・フックは、温度の基準点として水の凝固点を使用することを提案しました。. オーレ・ライマーは、2 つの固定点を決定する必要があると信じていました。, そして彼はフックの凝固点と水の沸点を選びました. しかし, 熱い物体と冷たい物の温度をどのように測定するかは常に問題でした. 19世紀に, ゲイ＝リュサックなどの科学者, ガス法を勉強した人, 気体を一定の圧力下で加熱すると、, 温度が上昇します 1 摂氏度が上がると体積は によって増加します 1/267 (後に次のように改訂されました 1/273.15), との概念 0 -273.15℃を導き出しました.

2. 拡大を観察する: 液体とバイメタル
報道によると, ガリレオは周囲の温度変化を示す装置を作ったと考えられている 1592. この装置は、容器内の空気の収縮を制御することによって水柱に影響を与えます。, 水柱の高さは冷却の程度を示します. ただし、この装置は気圧の影響を受けやすいため、, それは斬新なおもちゃとしか考えられません.

私たちが知っている温度計は、イタリアのサントリオ・サントリイによって発明されました。 1612. 彼は液体をガラス管に封入し、膨張するときの動きを観察しました。.

チューブに目盛りを付けると変化が分かりやすくなります, しかし、システムにはまだ正確な単位がありませんでした. Reimer と協力したのは Gabriel Fahrenheit でした. アルコールと水銀を液体として使用した体温計の製造を開始. 水銀は、広い範囲にわたる温度変化に対して線形に応答するため、完璧でした。, しかしそれは猛毒だった, そのため、現在では使用されなくなりました. 他の代替液体も研究中です, しかし、それはまだ広く使用されています.

バイメタル温度センサーは 1800 年代後半に発明されました. 2枚の金属板を接合する際の、不均一な膨張を利用したものです。. 温度変化により金属板が曲がる, ガスグリルで使用されるものと同様のサーモスタットまたはメーターを作動させるために使用できます。. このセンサーの精度は高くありません, たぶんプラスマイナス2度くらい, しかし、価格が安いため広く使用されています.

3. 熱電効果
1800 年代初頭, 電気は刺激的な分野でした. 科学者たちは、金属が異なれば抵抗と導電率も異なることを発見しました. で 1821, トーマス・ヨハン・ゼーベックが熱電効果を発見, つまり、異なる金属を接続し、異なる温度に置くと電圧が発生します。. Davy は金属の抵抗率と温度の相関関係を実証しました. ベクレルは、温度測定に白金-白金熱電対の使用を提案しました。, そして実際の装置はレオポルドによって作成されました。 1829. 白金は測温抵抗体にも使用可能, マイヤーズによって発明された 1932. 温度を測定するための最も正確なセンサーの 1 つです.

巻線型 RTD は壊れやすいため、産業用途には適していません。. 近年では薄膜RTDの開発が進んでいます。, 巻線型 RTD ほど正確ではありません, しかし、より堅牢です. 20世紀には半導体温度測定装置も発明されました。. 温度変化に追従し精度の高い半導体温度測定装置, でもつい最近まで, 直線性に欠けています.

4. 熱放射
非常に熱い金属や溶融金属は熱を発生します, 熱と可視光を発する. より低い温度で, 熱エネルギーも放射します, しかし、より長い波長で. イギリスの天文学者ウィリアム・ハーシェルが発見した 1800 これは “ファジー” 光または赤外線は熱を発生します.

同胞メローニと協力する, ロベッリは、熱電対を直列に接続して熱電対列を作成することで、この放射エネルギーを検出する方法を発見しました。. これに続いて 1878 ボロメータによって. アメリカ人のサミュエル・ラングレーによって発明された, これは2枚のプラチナストリップを使用しました, シングルアームブリッジ構成で黒くなったもの. 赤外線による加熱により抵抗に測定可能な変化が生じた. ボロメータは広範囲の赤外線波長に敏感です.

対照的に, 放射線量子検出器タイプの装置, 1940年代から開発されてきた, 限られた帯域の赤外線のみに反応する. 今日, 安価な高温計が広く使用されている, 赤外線カメラの価格が下がるにつれて、その傾向はさらに強まるだろう.

5. 温度目盛
華氏が温度計を作ったとき, 彼は温度計が必要だと気づいた. 彼は設定した 30 氷点以上の塩水 180 沸点としての塩水. 25 数年後, アンダース・セルシウスは、次のスケールを使用することを提案しました。 0-100, そして今日の “摂氏” も彼の名にちなんで名付けられています.

後で, ウィリアム・トムソンは、スケールの一端に固定点を設定する利点を発見しました, そしてケルビンは設定することを提案しました 0 摂氏システムの開始点としての度. これが今日の科学で使用されるケルビン温度スケールを形成しました。.

Ⅲ. 温度センサーの分類
温度センサーにはたくさんの種類があります, そして、それらは異なる分類基準に従って異なる名前を持っています.

1. 測定方法による分類
測定方法に従って, それらは 2 つのカテゴリに分類できます: 接触と非接触.

(1) 接触温度センサー:

センサーが測定対象物に直接接触して温度を測定します. 測定対象物の熱がセンサーに伝わるため、, 測定対象物の温度が下がります. 特に, 測定対象物の熱容量が小さい場合, 測定精度が低い. したがって, この方法で物体の真の温度を測定するための前提条件は、測定対象の熱容量が十分に大きいことです。.

(2) 非接触温度センサー:
主に測定対象物の熱輻射によって発せられる赤外線を利用して対象物の温度を測定します。, 遠隔測定も可能. 製造コストが高い, ただし測定精度は低い. 測定対象物からの熱を吸収しないという利点があります。; 測定対象物の温度場に干渉しません。; 継続的な測定により消費は発生しません; 反応が早いです, 等.

2. さまざまな物理現象による分類
加えて, マイクロ波温度センサーがあります, 騒音温度センサー, 温度マップ 温度センサー, 熱流計, ジェット温度計, 核磁気共鳴温度計, メスバウアー効果温度計, ジョセフソン効果温度計, 低温超電導変換温度計, 光ファイバー温度センサー, 等. これらの温度センサーの一部は適用されています, 一部はまだ開発中です.

防水, 耐腐食 RTD PT100 温度センサー

RTD PT100 温度センサー付き 1-2 NPT おねじ接続

PT100 温度センサー RTD プローブ付き 6 インチのプローブ長さ

100 オームクラスAプラチナエレメント (PT100)
温度係数, a = 0.00385.
304 ステンレススチールシース
ストレインリリーフを備えた頑丈な移行接合部
プローブの長さ – 6 インチ (152 んん) または 12 インチ (305んん)
プローブ直径 1/8 インチ (3 んん)
3 線式 72 インチ (1.8メートル) スペードラグで終端するリード線
温度定格 : 660°F (350℃)

PT100 シリーズは、ステンレス鋼シースを備えた RTD プローブです。 100 オーム白金測温抵抗体素子. PT100-11 は、 6 または 12 インチのプローブ長さ. これらのプローブは、直径 3 mm のシースを備えています。 304 ステンレス鋼, プローブをリード線に接続する頑丈な移行ジョイント、 72 色分けされたスペードラグで終端するリード線のインチ. クラス A センサー素子を使用して高精度の測定を実現.

PT100 プローブは産業環境に最適です. RTD は抵抗ベースのセンサーであるため、電気ノイズが信号品質に与える影響は最小限に抑えられます。. 3 線リード設計により、リード線の抵抗が補償され、精度に大きな影響を与えることなく、より長い配線が可能になります。. スプリングワイヤーストレインリリーフを備えた頑丈な移行ジョイントにより、ワイヤーとプローブ間の機械的に非常に健全な接続が実現します。.