Czujnik temperatury ( NTC / BRT ) pojęcie, Rozwój i klasyfikacja

I. Podstawowe pojęcia dotyczące czujnika temperatury
1. Temperatura
Temperatura jest wielkością fizyczną, która wskazuje stopień nagrzania lub ochłodzenia obiektu. Mikroskopowo, jest to intensywność ruchu termicznego cząsteczek obiektu. Im wyższa temperatura, tym intensywniejszy jest ruch termiczny cząsteczek wewnątrz obiektu.

Temperaturę można zmierzyć jedynie pośrednio poprzez pewne cechy obiektu, które zmieniają się wraz z temperaturą, a skala używana do pomiaru wartości temperatury obiektu nazywana jest skalą temperatury. Określa punkt wyjścia (punkt zerowy) odczytu temperatury i podstawowej jednostki pomiaru temperatury. Jednostką międzynarodową jest skala termodynamiczna (K). Inne skale temperatury, które są obecnie używane w większym stopniu na arenie międzynarodowej, to skala Fahrenheita (°F), skalę Celsjusza (°C) oraz międzynarodowa praktyczna skala temperatur.

Z punktu widzenia teorii ruchu molekularnego, temperatura jest oznaką średniej energii kinetycznej ruchu molekularnego obiektu. Temperatura jest zbiorowym wyrazem ruchu termicznego dużej liczby cząsteczek i ma znaczenie statystyczne.

Schemat symulacji: W zamkniętej przestrzeni, prędkość ruchu cząsteczek gazu w wysokich temperaturach jest większa niż w niskich temperaturach!

Czujnik temperatury NTC z zestawem sond rurowych ze stali nierdzewnej

Czujnik temperatury NTC z przewodem sondy w obudowie ABS 105°

Czujnik temperatury NTC z termistorem SEMITEC

2. Czujnik temperatury
Czujnik temperatury odnosi się do czujnika, który może wykryć temperaturę i przekształcić ją w użyteczny sygnał wyjściowy. Jest to ważne urządzenie umożliwiające wykrywanie i kontrolowanie temperatury. Wśród szerokiej gamy czujników, Czujniki temperatury są jednymi z najczęściej stosowanych i najszybciej rozwijających się czujników. W procesie automatyzacji produkcji przemysłowej, punkty pomiaru temperatury stanowią około połowę wszystkich punktów pomiarowych.

3. Skład czujników temperatury

Ii. Rozwój czujników temperatury
Postrzeganie ciepła i zimna jest podstawą ludzkiego doświadczenia, ale znalezienie sposobu pomiaru temperatury wprawiło w zakłopotanie wielu wielkich ludzi. Nie jest jasne, czy starożytni Grecy czy Chińczycy jako pierwsi znaleźli sposób na pomiar temperatury, istnieją jednak wzmianki, że historia czujników temperatury rozpoczęła się w okresie renesansu.

Zaczynamy od wyzwań stojących przed pomiarem temperatury, a następnie przedstawić historię rozwoju czujników temperatury z różnych aspektów [Źródło: Dokument białej księgi OMEGA dotyczący pomiarów przemysłowych]:

1. Wyzwania pomiarowe
Ciepło służy do pomiaru energii zawartej w całości lub przedmiocie. Im większa energia, Im wyższa temperatura. Jednakże, w przeciwieństwie do właściwości fizycznych, takich jak masa i długość, ciepło jest trudne do bezpośredniego zmierzenia, dlatego większość metod pomiaru jest pośrednia, a temperaturę określa się obserwując efekt nagrzania obiektu. Dlatego, standard pomiaru ciepła zawsze był wyzwaniem.

W 1664, Robert Hooke zaproponował przyjęcie punktu zamarzania wody jako punktu odniesienia dla temperatury. Ole Reimer uważał, że należy wyznaczyć dwa stałe punkty, i wybrał temperaturę zamarzania Hooke'a i temperaturę wrzenia wody. Jednakże, Pomiar temperatury gorących i zimnych obiektów zawsze stanowił problem. W XIX wieku, naukowcy tacy jak Gay-Lussac, który studiował prawo gazowe, odkryli, że gdy gaz jest podgrzewany pod stałym ciśnieniem, temperatura wzrasta 1 stopni Celsjusza, a głośność wzrasta o 1/267 (później zmieniony na 1/273.15), i koncepcja 0 wyprowadzono stopnie -273,15 ℃.

2. Obserwuj ekspansję: ciecze i bimetale
Według doniesień, Uważa się, że Galileusz stworzył urządzenie, które pokazuje zmiany temperatury wokół 1592. Urządzenie to wpływa na słup wody poprzez kontrolowanie skurczu powietrza w pojemniku, a wysokość słupa wody wskazuje stopień ochłodzenia. Ale ponieważ na to urządzenie łatwo wpływa ciśnienie powietrza, można ją uznać jedynie za nową zabawkę.

Termometr, jaki znamy, został wynaleziony przez Santorio Santorii we Włoszech w r 1612. Zamknął ciecz w szklanej rurce i obserwował jej ruch podczas rozszerzania się.

Nałożenie na tubę łusek ułatwiło dostrzeżenie zmian, ale w systemie nadal brakowało precyzyjnych jednostek. Z Reimerem współpracował Gabriel Fahrenheit. Zaczął produkować termometry wykorzystując alkohol i rtęć jako ciecze. Rtęć była doskonała, ponieważ miała liniową reakcję na zmiany temperatury w dużym zakresie, ale był bardzo toksyczny, dlatego jest obecnie używany coraz rzadziej. Badane są inne alternatywne płyny, ale nadal jest szeroko stosowany.

Bimetaliczny czujnik temperatury został wynaleziony pod koniec XIX wieku. Wykorzystuje nierównomierne rozszerzanie się dwóch blach podczas ich łączenia. Zmiana temperatury powoduje wyginanie się blach, za pomocą którego można aktywować termostat lub licznik podobny do tych stosowanych w grillach gazowych. Dokładność tego czujnika nie jest wysoka, może plus minus dwa stopnie, ale jest również szeroko stosowany ze względu na niską cenę.

3. Efekt termoelektryczny
Na początku XIX wieku, elektryczność była ekscytującą dziedziną. Naukowcy odkryli, że różne metale mają różną rezystancję i przewodność. W 1821, Thomas Johann Seebeck odkrył efekt termoelektryczny, oznacza to, że różne metale można łączyć ze sobą i umieszczać w różnych temperaturach w celu wytworzenia napięcia. Davy wykazał korelację między opornością metalu a temperaturą. Becquerel zaproponował zastosowanie termopar platynowo-platynowych do pomiaru temperatury, a faktyczne urządzenie zostało stworzone przez Leopolda w 1829. Platynę można również stosować w rezystancyjnych czujnikach temperatury, wynaleziony przez Myersa w 1932. Jest to jeden z najdokładniejszych czujników do pomiaru temperatury.

Czujniki drutowe są delikatne i dlatego nie nadają się do zastosowań przemysłowych. W ostatnich latach nastąpił rozwój cienkowarstwowych czujników RTD, które nie są tak dokładne jak czujniki drutowe, ale są solidniejsze. W XX wieku wynaleziono także półprzewodnikowe urządzenia do pomiaru temperatury. Półprzewodnikowe urządzenia do pomiaru temperatury reagują na zmiany temperatury i charakteryzują się dużą dokładnością, ale do niedawna, brakuje im liniowości.

4. Promieniowanie cieplne
Bardzo gorące metale i stopione metale wytwarzają ciepło, emitujące ciepło i światło widzialne. W niższych temperaturach, emitują również energię cieplną, ale o dłuższych falach. Brytyjski astronom William Herschel odkrył w 1800 że to “zamazany” światło lub światło podczerwone generuje ciepło.

Praca z rodakiem Melonim, Robelli odkrył sposób na wykrycie tej energii promieniowania poprzez połączenie szeregowe termopar w celu utworzenia stosu termoelektrycznego. To było kontynuowane 1878 przez bolometr. Wynaleziony przez Amerykanina Samuela Langleya, wykorzystywało to dwa paski platyny, jeden poczerniały w układzie mostka jednoramiennego. Ogrzewanie promieniowaniem podczerwonym spowodowało mierzalną zmianę rezystancji. Bolometry są wrażliwe na szeroki zakres długości fal podczerwieni.

W przeciwieństwie do tego, urządzenia typu kwantowego detektora promieniowania, który rozwijał się od lat 40, reagował jedynie na światło podczerwone w ograniczonym paśmie. Dzisiaj, niedrogie pirometry są szeroko stosowane, i będzie jeszcze większe wraz ze spadkiem cen kamer termowizyjnych.

5. Skala temperatury
Kiedy Fahrenheit stworzył termometr, zdał sobie sprawę, że potrzebuje skali temperatury. Postawił 30 stopni wody słonej jako punkt zamarzania i powyżej 180 stopni wody słonej jako temperatury wrzenia. 25 lata później, Anders Celsjusza zaproponował użycie skali 0-100, i dzisiejszy “Celsjusz” nosi także jego imię.

Później, William Thomson odkrył korzyści płynące z ustalenia stałego punktu na jednym końcu skali, i wtedy Kelvin zaproponował ustawienie 0 stopnie jako punkt początkowy systemu Celsjusza. W ten sposób powstała skala temperatur Kelvina używana obecnie w nauce.

Iii. Klasyfikacja czujników temperatury
Istnieje wiele rodzajów czujników temperatury, i mają różne nazwy zgodnie z różnymi standardami klasyfikacji.

1. Klasyfikacja według metody pomiaru
Zgodnie z metodą pomiaru, można je podzielić na dwie kategorie: kontaktowy i bezkontaktowy.

(1) Kontaktowy czujnik temperatury:

Czujnik bezpośrednio styka się z mierzonym obiektem w celu pomiaru temperatury. Ponieważ ciepło mierzonego obiektu przekazywane jest do czujnika, temperatura mierzonego obiektu ulega obniżeniu. Zwłaszcza, gdy pojemność cieplna mierzonego obiektu jest mała, dokładność pomiaru jest niska. Dlatego, Warunkiem pomiaru rzeczywistej temperatury obiektu w ten sposób jest wystarczająco duża pojemność cieplna mierzonego obiektu.

(2) Bezdotykowy czujnik temperatury:
Wykorzystuje głównie promieniowanie podczerwone emitowane przez promieniowanie cieplne mierzonego obiektu do pomiaru temperatury obiektu, i można je zdalnie zmierzyć. Koszt jego produkcji jest wysoki, ale dokładność pomiaru jest niska. Zaletą jest to, że nie pochłania ciepła z mierzonego obiektu; nie zakłóca pola temperaturowego mierzonego obiektu; pomiar ciągły nie generuje zużycia; ma szybką reakcję, itp.

2. Klasyfikacja ze względu na różne zjawiska fizyczne
Ponadto, istnieją mikrofalowe czujniki temperatury, czujniki temperatury hałasu, mapa temperatury czujniki temperatury, liczniki przepływu ciepła, termometry strumieniowe, termometry jądrowego rezonansu magnetycznego, Termometry z efektem Mossbauera, Termometry z efektem Josephsona, niskotemperaturowe nadprzewodzące termometry konwersyjne, światłowodowe czujniki temperatury, itp. Zastosowano niektóre z tych czujników temperatury, a niektóre są nadal w fazie rozwoju.

Wodoodporny, Czujnik temperatury anty-korozji RTD PT100

Czujnik temperatury RTD PT100 z 1-2 Złącze z gwintem zewnętrznym NPT

PT100 Czujnik temperatury Sonda RTD z 6 calowa długość sondy

100 Ohm klasy A Platinum Element (PT100)
Współczynnik temperatury, a = 0.00385.
304 Pochwa ze stali nierdzewnej
Rugowane połączenie przejściowe z odciążeniem
Długość sondy – 6 Cale (152 mm) Lub 12 Cale (305mm)
Średnica sondy 1/8 cal (3 mm)
Trzy drut 72 Cal (1.8M) Drut ołowiowy kończy się w zaczepach łopatkowych
Ocena temperatury : 660°F (350°C)

Seria PT100 to sondy RTD z osłoną ze stali nierdzewnej i 100 omowy platynowy element RTD. PT100-11 są dostępne z 6 Lub 12 calowa długość sondy. Sondy te mają osłonę o średnicy 3 mm zbudowaną z 304 stal nierdzewna, złącze przejściowe o dużej wytrzymałości, które łączy sondę z przewodami prowadzącymi i 72 cale drutu ołowianego zakończonego kolorowymi końcówkami widełkowymi. Element czujnikowy klasy A zapewnia wysoką dokładność pomiarów.

Sonda PT100 doskonale nadaje się do środowisk przemysłowych. Czujniki RTD są czujnikami opartymi na rezystancji, więc szum elektryczny ma minimalny wpływ na jakość sygnału. Konstrukcja z trzema przewodami kompensuje opór przewodu, umożliwiając dłuższe przebiegi przewodu bez znaczącego wpływu na dokładność. Wytrzymałe złącze przejściowe z odciążeniem z drutu sprężynowego zapewnia bardzo solidne mechanicznie połączenie pomiędzy przewodem a sondą.