Sensor de temperatura ( NTC / IDT ) conceito, desenvolvimento e classificação

EU. Conceitos básicos de sensor de temperatura
1. Temperatura
A temperatura é uma quantidade física que indica o grau de calor ou frio de um objeto. Microscopicamente, é a intensidade do movimento térmico das moléculas de um objeto. Quanto maior a temperatura, mais intenso o movimento térmico das moléculas dentro do objeto.

A temperatura só pode ser medida indiretamente através de certas características de um objeto que mudam com a temperatura, e a escala usada para medir o valor da temperatura de um objeto é chamada de escala de temperatura. Ele especifica o ponto de partida (ponto zero) da leitura de temperatura e a unidade básica para medição de temperatura. A unidade internacional é a escala termodinâmica (K). Outras escalas de temperatura que são atualmente mais utilizadas internacionalmente são a escala Fahrenheit (°F), a escala Celsius (°C) e a escala prática internacional de temperatura.

Da perspectiva da teoria do movimento molecular, a temperatura é um sinal da energia cinética média do movimento molecular de um objeto. A temperatura é a expressão coletiva do movimento térmico de um grande número de moléculas e contém significância estatística.

Diagrama de simulação: Em um espaço fechado, a velocidade de movimento das moléculas de gás em altas temperaturas é mais rápida do que em baixas temperaturas!

Sensor de temperatura NTC com kit de sonda de tubo de aço inoxidável

Sensor de temperatura NTC com fio de sonda de caixa ABS 105°

Sensor de temperatura NTC com termistor SEMITEC

2. Sensor de temperatura
Um sensor de temperatura refere-se a um sensor que pode detectar a temperatura e convertê-la em um sinal de saída utilizável. É um dispositivo importante para realizar detecção e controle de temperatura. Entre a grande variedade de sensores, sensores de temperatura são um dos sensores mais amplamente utilizados e de crescimento mais rápido. No processo de automação da produção industrial, os pontos de medição de temperatura representam cerca de metade de todos os pontos de medição.

3. Composição dos sensores de temperatura

Ii. Desenvolvimento de sensores de temperatura
A percepção do calor e do frio é a base da experiência humana, mas encontrar uma maneira de medir a temperatura deixou muitos grandes homens perplexos. Não está claro se os antigos gregos ou os chineses encontraram pela primeira vez uma maneira de medir a temperatura, mas há registros de que a história dos sensores de temperatura começou na Renascença.

Começamos com os desafios enfrentados pela medição de temperatura, e, em seguida, apresentar a história do desenvolvimento de sensores de temperatura sob diferentes aspectos [Fonte: Documento técnico de medição industrial da OMEGA]:

1. Desafios de medição
O calor é usado para medir a energia contida em um todo ou objeto. Quanto maior a energia, quanto maior a temperatura. No entanto, ao contrário de propriedades físicas como massa e comprimento, o calor é difícil de medir diretamente, então a maioria dos métodos de medição são indiretos, e a temperatura é inferida observando o efeito do aquecimento do objeto. Portanto, o padrão de medição de calor sempre foi um desafio.

Em 1664, Robert Hooke propôs usar o ponto de congelamento da água como ponto de referência para temperatura. Ole Reimer acreditava que dois pontos fixos deveriam ser determinados, e ele escolheu o ponto de congelamento de Hooke e o ponto de ebulição da água. No entanto, como medir a temperatura de objetos quentes e frios sempre foi um problema. No século 19, cientistas como Gay-Lussac, que estudou a lei dos gases, descobriu que quando um gás é aquecido sob pressão constante, a temperatura aumenta em 1 graus Celsius e o volume aumenta em 1/267 (posteriormente revisado para 1/273.15), e o conceito de 0 graus -273,15 ℃ foi derivado.

2. Observe a expansão: líquidos e bimetais
De acordo com relatos, Acredita-se que Galileu tenha feito um dispositivo que mostra as mudanças de temperatura ao redor 1592. Este dispositivo afeta a coluna de água controlando a contração do ar em um recipiente, e a altura da coluna de água indica o grau de resfriamento. Mas porque este dispositivo é facilmente afetado pela pressão do ar, só pode ser considerado um brinquedo novo.

O termômetro como o conhecemos foi inventado por Santorio Santorii na Itália em 1612. Ele selou o líquido em um tubo de vidro e observou seu movimento quando se expandiu.

Colocar algumas escalas no tubo tornou mais fácil ver as mudanças, mas o sistema ainda carecia de unidades precisas. Trabalhando com Reimer estava Gabriel Fahrenheit. Ele começou a produzir termômetros usando álcool e mercúrio como líquidos. Mercúrio era perfeito porque tinha uma resposta linear às mudanças de temperatura em uma ampla faixa, mas era altamente tóxico, então agora é usado cada vez menos. Outros líquidos alternativos estão sendo estudados, mas ainda é amplamente utilizado.

O sensor de temperatura bimetálico foi inventado no final do século XIX. Aproveita a expansão desigual de duas chapas metálicas quando elas são unidas. A mudança de temperatura faz com que as chapas metálicas dobrem, que pode ser usado para ativar um termostato ou medidor semelhante aos usados ​​em churrasqueiras a gás. A precisão deste sensor não é alta, talvez mais ou menos dois graus, mas também é amplamente utilizado devido ao seu baixo preço.

3. Efeito termoelétrico
No início de 1800, eletricidade era um campo emocionante. Os cientistas descobriram que diferentes metais têm diferentes resistências e condutividades. Em 1821, Thomas Johann Seebeck descobriu o efeito termoelétrico, que é que diferentes metais podem ser conectados entre si e colocados em diferentes temperaturas para gerar tensão. Davy demonstrou a correlação entre resistividade do metal e temperatura. Becquerel propôs o uso de termopares platina-platina para medição de temperatura, e o dispositivo real foi criado por Leopold em 1829. A platina também pode ser usada em detectores de temperatura de resistência, inventado por Myers em 1932. É um dos sensores mais precisos para medir temperatura.

Os RTDs de fio enrolado são frágeis e, portanto, inadequados para aplicações industriais. Nos últimos anos, assistimos ao desenvolvimento de RTDs de película fina, que não são tão precisos quanto os RTDs enrolados, mas são mais robustos. O século 20 também viu a invenção de dispositivos semicondutores de medição de temperatura. Dispositivos de medição de temperatura semicondutores respondem a mudanças de temperatura e possuem alta precisão, mas até recentemente, eles não têm linearidade.

4. Radiação térmica
Metais muito quentes e metais fundidos geram calor, emitindo calor e luz visível. Em temperaturas mais baixas, eles também irradiam energia térmica, mas com comprimentos de onda mais longos. O astrônomo britânico William Herschel descobriu em 1800 que isso “difuso” luz ou luz infravermelha gera calor.

Trabalhando com o compatriota Meloni, Robelli descobriu uma maneira de detectar essa energia radiante conectando termopares em série para criar uma termopilha. Isto foi seguido em 1878 pelo bolômetro. Inventado pelo americano Samuel Langley, isso usou duas tiras de platina, um enegrecido em um arranjo de ponte de braço único. O aquecimento por radiação infravermelha produziu uma mudança mensurável na resistência. Bolômetros são sensíveis a uma ampla gama de comprimentos de onda infravermelhos.

Em contraste, dispositivos do tipo detector quântico de radiação, que foi desenvolvido desde a década de 1940, respondeu apenas à luz infravermelha em uma banda limitada. Hoje, pirômetros baratos são amplamente utilizados, e aumentará ainda mais à medida que o preço das câmeras termográficas cair.

5. Escala de temperatura
Quando Fahrenheit fez o termômetro, ele percebeu que precisava de uma escala de temperatura. Ele definiu 30 graus de água salgada como ponto de congelamento e acima 180 graus de água salgada como ponto de ebulição. 25 anos depois, Anders Celsius propôs usar uma escala de 0-100, e hoje “Celsius” também tem o nome dele.

Mais tarde, William Thomson descobriu os benefícios de definir um ponto fixo em uma extremidade da escala, e então Kelvin propôs definir 0 graus como ponto de partida do sistema Celsius. Isso formou a escala de temperatura Kelvin usada hoje na ciência..

Iii. Classificação de sensores de temperatura
Existem muitos tipos de sensores de temperatura, e eles têm nomes diferentes de acordo com diferentes padrões de classificação.

1. Classificação por método de medição
De acordo com o método de medição, eles podem ser divididos em duas categorias: contato e não contato.

(1) Sensor de temperatura de contato:

O sensor entra em contato diretamente com o objeto a ser medido para medir a temperatura. À medida que o calor do objeto a ser medido é transferido para o sensor, a temperatura do objeto a ser medido é reduzida. Em particular, quando a capacidade térmica do objeto a ser medido é pequena, a precisão da medição é baixa. Portanto, o pré-requisito para medir a temperatura real de um objeto desta forma é que a capacidade térmica do objeto que está sendo medido seja grande o suficiente.

(2) Sensor de temperatura sem contato:
Utiliza principalmente a radiação infravermelha emitida pela radiação térmica do objeto que está sendo medido para medir a temperatura do objeto., e pode ser medido remotamente. Seu custo de fabricação é alto, mas a precisão da medição é baixa. As vantagens são que não absorve calor do objeto que está sendo medido; não interfere no campo de temperatura do objeto que está sendo medido; medição contínua não gera consumo; tem uma resposta rápida, etc..

2. Classificação de acordo com diferentes fenômenos físicos
Além disso, existem sensores de temperatura de microondas, sensores de temperatura de ruído, sensores de temperatura do mapa de temperatura, medidores de fluxo de calor, termômetros de jato, termômetros de ressonância magnética nuclear, Termômetros de efeito Mossbauer, Termômetros de efeito Josephson, termômetros de conversão supercondutores de baixa temperatura, sensores de temperatura de fibra óptica, etc.. Alguns desses sensores de temperatura foram aplicados, e alguns ainda estão em desenvolvimento.

Impermeável, sensor de temperatura anticorrosivo RTD PT100

Sensor de temperatura RTD PT100 com 1-2 Conexão roscada externa NPT

Sonda RTD do sensor de temperatura PT100 com 6 comprimento da sonda em polegadas

100 Elemento Platina Ohm Classe A (PT100)
Coeficiente de temperatura, uma = 0.00385.
304 Bainha de aço inoxidável
Junção de transição robusta com alívio de tensão
Comprimento da sonda – 6 Polegadas (152 milímetros) ou 12 Polegadas (305milímetros)
Diâmetro da Sonda 1/8 polegada (3 milímetros)
Três fios 72 Polegada (1.8eu) Terminação do fio condutor em terminais tipo pá
Classificação de temperatura : 660°F (350°C)

A série PT100 são sondas RTD com bainha de aço inoxidável e 100 elemento RTD de platina ohm. O PT100-11 está disponível com 6 ou 12 comprimento da sonda em polegadas. Estas sondas apresentam uma bainha de 3 mm de diâmetro construída a partir de 304 aço inoxidável, uma junta de transição resistente que conecta a sonda aos fios condutores e 72 polegadas de fio condutor terminando em terminais tipo espada codificados por cores. Um elemento sensor Classe A é usado para fornecer medições de alta precisão.

A sonda PT100 é adequada para ambientes industriais. Os RTDs são sensores baseados em resistência, portanto o ruído elétrico tem um efeito mínimo na qualidade do sinal. O design de três fios compensa a resistência do fio, permitindo fios mais longos sem um impacto significativo na precisão. A junta de transição robusta com alívio de tensão do fio de mola proporciona uma conexão altamente mecânica entre o fio e a sonda.