Сензор за температура ( NTC / Rtd ) концепт, развој и класификација

Јас. Основни концепти на сензор за температура
1. Температура
Температурата е физичка големина што го означува степенот на жешко или студенило на објектот. Микроскопски, тоа е интензитетот на топлинското движење на молекулите на некој предмет. Колку е повисока температурата, толку е поинтензивно термичкото движење на молекулите внатре во објектот.

Температурата може да се мери само индиректно преку одредени карактеристики на објектот кои се менуваат со температурата, а скалата што се користи за мерење на температурната вредност на објектот се нарекува температурна скала. Ја одредува почетната точка (нулта точка) на отчитувањето на температурата и основната единица за мерење на температурата. Меѓународната единица е термодинамичка скала (К.). Други температурни скали кои моментално се користат повеќе на меѓународно ниво се Фаренхајтската скала (° F.), Целзиусова скала (° C.) и меѓународната практична температурна скала.

Од перспектива на теоријата на молекуларно движење, температурата е знак за просечната кинетичка енергија на молекуларното движење на објектот. Температурата е колективен израз на термичкото движење на голем број молекули и содржи статистичка значајност.

Дијаграм за симулација: Во затворен простор, брзината на движење на молекулите на гасот при високи температури е поголема од онаа на ниски температури!

NTC температурен сензор со комплет сонда за цевки од нерѓосувачки челик

NTC температурен сензор со жица за сонда за куќиште ABS 105°

NTC температурен сензор со термистор SEMITEC

2. Сензор за температура
Температурен сензор се однесува на сензор кој може да ја почувствува температурата и да ја претвори во употреблив излезен сигнал. Тоа е важен уред за реализација на детекција и контрола на температурата. Меѓу широк спектар на сензори, температурните сензори се едни од најкористените и најбрзорастечките сензори. Во процесот на автоматизација на индустриското производство, точките за мерење на температурата сочинуваат околу половина од сите мерни точки.

3. Состав на сензори за температура

II. Развој на сензори за температура
Перцепцијата на топлина и студ е основа на човечкото искуство, но наоѓањето начин за мерење на температурата напна многу големи луѓе. Не е јасно дали античките Грци или Кинезите најпрво пронашле начин да ја измерат температурата, но постојат записи дека историјата на температурните сензори започнала во ренесансата.

Започнуваме со предизвиците со кои се соочува мерењето на температурата, а потоа воведете ја историјата на развојот на температурните сензори од различни аспекти [Извор: Документ од бела книга за индустриско мерење на OMEGA]:

1. Предизвици за мерење
Топлината се користи за мерење на енергијата содржана во целина или предмет. Колку е поголема енергијата, колку е повисока температурата. Сепак, за разлика од физичките својства како што се масата и должината, топлината е тешко директно да се измери, така што повеќето методи на мерење се индиректни, а температурата се заклучува со набљудување на ефектот на загревање на предметот. Затоа, стандардот за мерење на топлина отсекогаш бил предизвик.

Во 1664, Роберт Хук предложи да се користи точката на замрзнување на водата како референтна точка за температурата. Оле Рајмер верувал дека треба да се утврдат две фиксни точки, и ја избрал точката на мрзнење на Хук и точката на вриење на водата. Сепак, како да се измери температурата на топли и ладни предмети отсекогаш бил проблем. Во 19 век, научници како Геј-Лусак, кој го проучувал законот за гасови, откриле дека кога гасот се загрева под постојан притисок, температурата се зголемува за 1 Целзиусови степени и волуменот се зголемува за 1/267 (подоцна ревидиран на 1/273.15), и концептот на 0 степени -273,15 ℃ е изведено.

2. Внимавајте на проширувањето: течности и биметали
Според извештаите, Се верува дека Галилео направил уред кој покажува температурни промени наоколу 1592. Овој уред влијае на водениот столб со контролирање на контракцијата на воздухот во контејнер, а висината на водениот столб го означува степенот на ладење. Но, бидејќи овој уред лесно е под влијание на воздушниот притисок, може да се смета само како нова играчка.

Термометарот каков што го знаеме е измислен од Санторио Сантории во Италија во 1612. Тој ја затвори течноста во стаклена цевка и го набљудуваше нејзиното движење кога се прошири.

Ставањето вага на цевката го олесни воочувањето на промените, но на системот сепак му недостасуваа прецизни единици. Со Рајмер работеше Габриел Фаренхајт. Почнал да произведува термометри користејќи алкохол и жива како течност. Меркур беше совршен бидејќи имаше линеарна реакција на температурните промени во голем опсег, но беше многу токсичен, па сега се помалку се користи. Се проучуваат и други алтернативни течности, но сепак е широко користен.

Биметалличниот температурен сензор бил измислен во доцните 1800-ти. Го користи нерамномерното ширење на два метални лимови кога се спојуваат. Промената на температурата предизвикува виткање на металните листови, кој може да се користи за активирање на термостат или метар сличен на оние што се користат во плинските решетки. Точноста на овој сензор не е висока, можеби плус или минус два степени, но исто така е широко користен поради неговата ниска цена.

3. Термоелектричен ефект
Во раните 1800-ти, електричната енергија беше возбудливо поле. Научниците открија дека различни метали имаат различна отпорност и спроводливост. Во 1821, Томас Јохан Зебек го откри термоелектричниот ефект, што е дека различни метали можат да се поврзат заедно и да се постават на различни температури за да генерираат напон. Дејви ја покажа корелацијата помеѓу отпорноста на металот и температурата. Бекерел предложи употреба на термопарови платина-платина за мерење на температурата, а вистинскиот уред е создаден од Леополд во 1829. Платинумот може да се користи и во детектори за отпорност на температура, измислен од Маерс во 1932. Тој е еден од најпрецизните сензори за мерење на температурата.

РТД со жичени жици се кревки и затоа не се соодветни за индустриски апликации. Последниве години е забележан развој на RTD со тенок филм, кои не се толку прецизни како жичните RTD, но се поцврсти. Во 20-тиот век, исто така, беа измислени уреди за мерење на температурата на полупроводници. Уредите за мерење на температурата на полупроводниците реагираат на температурни промени и имаат висока точност, но до неодамна, им недостасува линеарност.

4. Термичко зрачење
Многу топли метали и стопени метали создаваат топлина, емитувајќи топлина и видлива светлина. На пониски температури, зрачат и топлинска енергија, но со подолги бранови должини. Британскиот астроном Вилијам Хершел откри во 1800 дека ова “нејасни” светлината или инфрацрвената светлина генерира топлина.

Работа со сонародникот Мелони, Робели открил начин да ја открие оваа зрачна енергија со поврзување на термопарови во серија за да создаде термопил.. Ова беше проследено во 1878 со болометарот. Измислен од Американецот Семјуел Ленгли, ова користеше две платински ленти, еден поцрнет во распоред на мост со еден крак. Греењето со инфрацрвено зрачење предизвика мерлива промена во отпорот. Болометрите се чувствителни на широк опсег на инфрацрвени бранови должини.

За разлика од тоа, уреди од типот на квантен детектор на зрачење, кој беше развиен од 1940-тите, реагираше само на инфрацрвена светлина во ограничен опсег. Денес, ефтини пирометри се широко користени, и ќе станува сè поизразен како што паѓа цената на камерите за термичка слика.

5. Температурна скала
Кога Фаренхајт го направи термометарот, сфатил дека му е потребна температурна скала. Тој постави 30 степени солена вода како точка на замрзнување и повеќе 180 степени солена вода како точка на вриење. 25 години подоцна, Андерс Целзиус предложи да се користи скала од 0-100, и денешниот “Целзиусови” е исто така именуван по него.

Подоцна, Вилијам Томсон ги откри придобивките од поставувањето фиксна точка на едниот крај од скалата, а потоа Келвин предложи да се постави 0 степени како почетна точка на целзиусовиот систем. Ова ја формираше Келвиновата температурна скала што се користи во науката денес.

III. Класификација на сензори за температура
Постојат многу видови на сензори за температура, и имаат различни имиња според различни стандарди за класификација.

1. Класификација по метод на мерење
Според методот на мерење, тие можат да се поделат во две категории: контакт и неконтакт.

(1) Контактен сензор за температура:

Сензорот директно го контактира предметот што треба да се мери за да ја измери температурата. Бидејќи топлината на предметот што треба да се мери се пренесува на сензорот, температурата на предметот што треба да се мери се намалува. Конкретно, кога топлинскиот капацитет на предметот што треба да се мери е мал, точноста на мерењето е мала. Затоа, предуслов за мерење на вистинската температура на објектот на овој начин е топлинскиот капацитет на предметот што се мери да биде доволно голем.

(2) Сензор за температура без контакт:
Главно го користи инфрацрвеното зрачење кое го емитува топлинското зрачење на предметот што се мери за да се измери температурата на објектот, и може да се мери од далечина. Неговата цена на производство е висока, но точноста на мерењето е мала. Предностите се што не апсорбира топлина од предметот што се мери; не се меша со температурното поле на предметот што се мери; континуираното мерење не генерира потрошувачка; има брз одговор, итн.

2. Класификација според различни физички појави
Покрај тоа, има микробранови температурни сензори, сензори за температура на бучава, температурна карта температурни сензори, мерачи на проток на топлина, млазни термометри, термометри со нуклеарна магнетна резонанца, Термометри со ефект на Мосбауер, Термометри со ефект на Џозефсон, нискотемпературни суперспроводливи термометри за конверзија, температурни сензори со оптички влакна, итн. Некои од овие температурни сензори се применети, а некои се уште се во развој.

Водоотпорен, антикорозивен сензор за температура RTD PT100

RTD PT100 Сензор за температура со 1-2 NPT надворешна врска со навој

PT100 Температурен сензор RTD сонда со 6 инчи должина на сондата

100 Платински елемент од класа А Ом (PT100)
Температурен коефициент, a = 0.00385.
304 Обвивка од не'рѓосувачки челик
Цврсто преодно спојување со олеснување на напрегање
Должина на сондата – 6 Инчи (152 мм) или 12 Инчи (305мм)
Дијаметар на сонда 1/8 инчи (3 мм)
Три жица 72 Инч (1.8м) Оловената жица завршува во лопатките
Температурен рејтинг : 660° F. (350° C.)

Серијата PT100 се RTD сонди со обвивка од нерѓосувачки челик и 100 ом платина RTD елемент. PT100-11 се достапни со 6 или 12 инчи должина на сондата. Овие сонди се карактеризираат со обвивка со дијаметар од 3 мм конструирана од 304 не'рѓосувачки челик, тежок преоден спој кој ја поврзува сондата со жиците од водовите и 72 инчи оловна жица што завршува во шипки за лопатки кодирани во боја. Сензорски елемент од класа А се користи за да се обезбедат мерења со висока точност.

Сондата PT100 е добро прилагодена за индустриски средини. RTD се сензори базирани на отпор, така што електричниот шум има минимален ефект врз квалитетот на сигналот. Дизајнот со три жици го компензира отпорот на оловната жица што овозможува подолги жици без значително влијание врз прецизноста. Цврстиот преоден спој со пружински релјеф за напрегање на жица создава високо механички цврста врска помеѓу жицата и сондата.