Temperatūros jutiklis ( NTC / Rtd ) koncepcija, plėtra ir klasifikacija

aš. Pagrindinės temperatūros jutiklio sąvokos
1. Temperatūra
Temperatūra yra fizinis dydis, rodantis objekto karštumo ar šaltumo laipsnį. Mikroskopiškai, tai objekto molekulių šiluminio judėjimo intensyvumas. Kuo aukštesnė temperatūra, tuo intensyvesnis terminis molekulių judėjimas objekto viduje.

Temperatūra gali būti matuojama tik netiesiogiai, naudojant tam tikras objekto charakteristikas, kurios kinta priklausomai nuo temperatūros, o objekto temperatūros vertei matuoti naudojama skalė vadinama temperatūros skale. Jis nurodo pradžios tašką (nulinis taškas) temperatūros rodmenis ir pagrindinį temperatūros matavimo vienetą. Tarptautinis vienetas yra termodinaminė skalė (K). Kitos temperatūros skalės, kurios šiuo metu yra labiau naudojamos tarptautiniu mastu, yra Farenheito skalė (°F), Celsijaus skalė (° C.) ir tarptautinė praktinė temperatūros skalė.

Molekulinio judėjimo teorijos požiūriu, temperatūra yra objekto molekulinio judėjimo vidutinės kinetinės energijos požymis. Temperatūra yra kolektyvinė daugelio molekulių šiluminio judėjimo išraiška ir turi statistinę reikšmę.

Modeliavimo schema: Uždaroje erdvėje, dujų molekulių judėjimo greitis aukštoje temperatūroje yra didesnis nei žemoje temperatūroje!

NTC temperatūros jutiklis su nerūdijančio plieno vamzdžių zondo rinkiniu

NTC temperatūros jutiklis su ABS korpusu zondo viela 105°

NTC temperatūros jutiklis su SEMITEC termistoriumi

2. Temperatūros jutiklis
Temperatūros jutiklis reiškia jutiklį, kuris gali suvokti temperatūrą ir paversti ją tinkamu išvesties signalu. Tai svarbus prietaisas, skirtas temperatūros aptikimui ir kontrolei. Tarp daugybės jutiklių, temperatūros jutikliai yra vieni iš plačiausiai naudojamų ir greičiausiai augančių jutiklių. Pramoninės gamybos automatizavimo procese, temperatūros matavimo taškai sudaro apie pusę visų matavimo taškų.

3. Temperatūros jutiklių sudėtis

II. Temperatūros jutiklių kūrimas
Šilumos ir šalčio suvokimas yra žmogaus patirties pagrindas, bet rasti būdą išmatuoti temperatūrą pribloškė daug puikių žmonių. Neaišku, ar senovės graikai ar kinai pirmieji rado būdą matuoti temperatūrą, tačiau yra įrašų, kad temperatūros jutiklių istorija prasidėjo Renesanso laikais.

Pradedame nuo iššūkių, su kuriais susiduria temperatūros matavimas, ir tada pristatyti temperatūros jutiklių kūrimo istoriją skirtingais aspektais [Šaltinis: OMEGA pramoninių matavimų baltosios knygos dokumentas]:

1. Matavimo iššūkiai
Šiluma naudojama matuoti energiją, esančią visumoje ar objekte. Kuo didesnė energija, Kuo aukštesnė temperatūra. Tačiau, skirtingai nuo fizinių savybių, tokių kaip masė ir ilgis, šilumą sunku išmatuoti tiesiogiai, todėl dauguma matavimo metodų yra netiesioginiai, o temperatūra numanoma stebint objekto šildymo poveikį. Todėl, šilumos matavimo standartas visada buvo iššūkis.

Į 1664, Robertas Hooke'as pasiūlė vandens užšalimo tašką naudoti kaip temperatūros atskaitos tašką. Ole Reimeris manė, kad reikia nustatyti du fiksuotus taškus, ir jis pasirinko Huko užšalimo ir vandens virimo temperatūrą. Tačiau, Kaip išmatuoti karštų ir šaltų objektų temperatūrą, visada buvo problema. XIX amžiuje, mokslininkai, tokie kaip Gay-Lussac, kuris studijavo dujų teisę, nustatyta, kad kai dujos kaitinamos esant pastoviam slėgiui, temperatūra pakyla 1 Celsijaus laipsnį ir garsumas padidėja 1/267 (vėliau pataisyta į 1/273.15), ir samprata 0 buvo gauta -273,15 ℃ laipsnių.

2. Stebėkite plėtimąsi: skysčiai ir bimetalai
Remiantis pranešimais, Manoma, kad „Galileo“ sukūrė prietaisą, rodantį temperatūros pokyčius aplink 1592. Šis prietaisas veikia vandens stulpelį, kontroliuodamas oro susitraukimą konteineryje, o vandens stulpelio aukštis rodo aušinimo laipsnį. Bet todėl, kad šį įrenginį lengvai paveikia oro slėgis, tai galima laikyti tik nauju žaislu.

Mes žinome, kad termometrą išrado Santorio Santorii Italijoje m 1612. Jis uždarė skystį į stiklinį vamzdelį ir stebėjo jo judėjimą, kai jis išsiplėtė.

Ant vamzdelio uždėjus tam tikras svarstykles buvo lengviau pastebėti pokyčius, tačiau sistemoje vis tiek trūko tikslių vienetų. Su Reimeriu dirbo Gabrielis Farenheitas. Jis pradėjo gaminti termometrus, kaip skysčius naudodamas alkoholį ir gyvsidabrį. Gyvsidabris buvo tobulas, nes jis linijiškai reagavo į temperatūros pokyčius dideliame diapazone, bet jis buvo labai toksiškas, todėl dabar jis naudojamas vis rečiau. Kiti alternatyvūs skysčiai tiriami, bet jis vis dar plačiai naudojamas.

Bimetalinis temperatūros jutiklis buvo išrastas 1800-ųjų pabaigoje. Jis išnaudoja netolygų dviejų metalo lakštų plėtimąsi, kai jie yra sujungiami. Dėl temperatūros pokyčių metalo lakštai sulinksta, kuriais galima įjungti termostatą arba skaitiklį, panašų į naudojamus dujinėse grotelėse. Šio jutiklio tikslumas nėra didelis, gal plius minus du laipsniai, tačiau jis taip pat plačiai naudojamas dėl mažos kainos.

3. Termoelektrinis efektas
1800-ųjų pradžioje, elektra buvo įdomi sritis. Mokslininkai išsiaiškino, kad skirtingi metalai turi skirtingą atsparumą ir laidumą. Į 1821, Thomas Johann Seebeck atrado termoelektrinį efektą, Tai reiškia, kad skirtingi metalai gali būti sujungti ir išdėstyti skirtingose ​​​​temperatūrose, kad būtų sukurta įtampa. Davy parodė ryšį tarp metalo varžos ir temperatūros. Becquerel pasiūlė temperatūros matavimui naudoti platinos-platinos termoporas, o tikrąjį įrenginį sukūrė Leopoldas m 1829. Platina taip pat gali būti naudojama atsparumo temperatūros detektoriuose, išrado Myersas m 1932. Tai vienas tiksliausių temperatūros matavimo jutiklių.

Vieliniai RTD yra trapūs ir todėl netinkami naudoti pramonėje. Pastaraisiais metais buvo kuriami plonasluoksniai MTTP, kurie nėra tokie tikslūs kaip vieliniai RTD, bet yra tvirtesni. XX amžiuje taip pat buvo išrasti puslaidininkių temperatūros matavimo prietaisai. Puslaidininkiniai temperatūros matavimo prietaisai reaguoja į temperatūros pokyčius ir pasižymi dideliu tikslumu, bet dar visai neseniai, jiems trūksta tiesiškumo.

4. Šiluminė spinduliuotė
Labai karšti metalai ir išlydyti metalai gamina šilumą, skleidžia šilumą ir matomą šviesą. Esant žemesnei temperatūrai, jie taip pat spinduliuoja šiluminę energiją, bet su ilgesniais bangos ilgiais. Britų astronomas Williamas Herschelis atrado m 1800 kad šis “neryškus” šviesa arba infraraudonoji šviesa generuoja šilumą.

Darbas su tautiečiu Meloniu, Robelli atrado būdą, kaip aptikti šią spinduliavimo energiją, nuosekliai sujungdamas termoporas, kad būtų sukurtas termopilas. Tai buvo sekama 1878 pagal bolometrą. Išrado amerikietis Samuelis Langley, tai naudojo dvi platinos juosteles, vienas pajuodęs vienos rankos mosto išdėstymu. Šildymas infraraudonaisiais spinduliais sukėlė išmatuojamą pasipriešinimo pokytį. Bolometrai yra jautrūs įvairiems infraraudonųjų spindulių bangų ilgiams.

Priešingai, spinduliuotės kvantinio detektoriaus tipo prietaisai, kuri buvo kuriama nuo 1940 m, reagavo tik į infraraudonųjų spindulių šviesą ribotoje juostoje. Šiandien, plačiai naudojami nebrangūs pirometrai, ir jų dar labiau kris termovizorių kainoms.

5. Temperatūros skalė
Kai Farenheitas padarė termometrą, suprato, kad jam reikia temperatūros skalės. Jis nustatė 30 laipsnių sūraus vandens kaip užšalimo taško ir daugiau 180 laipsnių sūraus vandens kaip virimo temperatūros. 25 po metų, Andersas Celsius pasiūlė naudoti skalę 0-100, ir šiandienos “Celsijaus” taip pat pavadintas jo vardu.

Vėliau, William Thomson atrado fiksuoto taško nustatymo viename skalės gale pranašumus, ir tada Kelvinas pasiūlė nustatyti 0 laipsnių kaip Celsijaus sistemos pradžios taškas. Tai sudarė Kelvino temperatūros skalę, kuri šiandien naudojama moksle.

III. Temperatūros jutiklių klasifikacija
Yra daugybė temperatūros jutiklių tipų, ir jie turi skirtingus pavadinimus pagal skirtingus klasifikavimo standartus.

1. Klasifikavimas pagal matavimo metodą
Pagal matavimo metodą, juos galima suskirstyti į dvi kategorijas: kontaktinis ir nekontaktinis.

(1) Kontaktinis temperatūros jutiklis:

Jutiklis tiesiogiai liečiasi su matuojamu objektu, kad išmatuotų temperatūrą. Matuojamo objekto šiluma perduodama jutikliui, sumažinama matuojamo objekto temperatūra. Ypač, kai matuojamo objekto šiluminė talpa nedidelė, matavimo tikslumas mažas. Todėl, būtina sąlyga norint tokiu būdu išmatuoti tikrąją objekto temperatūrą, kad matuojamo objekto šiluminė talpa būtų pakankamai didelė.

(2) Nekontaktinis temperatūros jutiklis:
Jis daugiausia naudoja infraraudonąją spinduliuotę, kurią skleidžia matuojamo objekto šiluminė spinduliuotė, matuojant objekto temperatūrą., ir gali būti matuojamas nuotoliniu būdu. Jo gamybos kaina yra didelė, bet matavimo tikslumas mažas. Privalumai yra tai, kad jis nesugeria šilumos iš matuojamo objekto; jis netrukdo matuojamo objekto temperatūros laukui; nuolatinis matavimas nesukuria vartojimo; jis turi greitą atsaką, ir tt.

2. Klasifikacija pagal skirtingus fizikinius reiškinius
Be to, yra mikrobangų temperatūros jutikliai, triukšmo temperatūros jutikliai, temperatūros žemėlapio temperatūros jutikliai, šilumos srauto matuokliai, reaktyviniai termometrai, branduolinio magnetinio rezonanso termometrai, Mossbauer efekto termometrai, Josephson efekto termometrai, žemos temperatūros superlaidūs konversijos termometrai, optinio pluošto temperatūros jutikliai, ir tt. Kai kurie iš šių temperatūros jutiklių buvo pritaikyti, o kai kurios vis dar kuriamos.

Atsparus vandeniui, antikorozinis RTD PT100 temperatūros jutiklis

RTD PT100 Temperatūros jutiklis su 1-2 NPT išorinė sriegio jungtis

PT100 Temperatūros jutiklio RTD zondas su 6 colių zondo ilgis

100 Ohm A klasės platininis elementas (PT100)
Temperatūros koeficientas, a = 0.00385.
304 Nerūdijančio plieno apvalkalas
Tvirta perėjimo sankryža su įtempimo mažinimu
Zondo ilgis – 6 Coliai (152 mm) arba 12 Coliai (305mm)
Zondo skersmuo 1/8 colio (3 mm)
Trys laidai 72 Col (1.8m) Švino laido pabaiga kastuvo antgaliuose
Temperatūros įvertinimas : 660°F (350° C.)

PT100 serija yra RTD zondai su nerūdijančio plieno apvalkalu ir 100 omų platinos RTD elementas. PT100-11 galima įsigyti su 6 arba 12 colių zondo ilgis. Šie zondai turi 3 mm skersmens apvalkalą, pagamintą iš 304 nerūdijančio plieno, didelio našumo pereinamoji jungtis, jungianti zondą su švino laidais ir 72 colių švino vielos, besibaigiančios spalvomis pažymėtomis kastuvo auselėmis. A klasės jutiklio elementas naudojamas didelio tikslumo matavimams atlikti.

PT100 zondas puikiai tinka pramoninėje aplinkoje. RTD yra atsparumu pagrįsti jutikliai, todėl elektrinis triukšmas turi minimalų poveikį signalo kokybei. Trijų laidų laidų konstrukcija kompensuoja laido varžą, todėl laidas eina ilgiau, nedarant reikšmingos įtakos tikslumui. Tvirta pereinamoji jungtis su spyruoklinės vielos įtempimo sumažinimu užtikrina labai mechaniškai patikimą laido ir zondo ryšį.