Датчик температуры ( НТЦ / РТД ) концепция, разработка и классификация

я. Основные понятия о датчике температуры
1. Температура
Температура – ​​физическая величина, указывающая на степень тепла или холода объекта.. Микроскопически, это интенсивность теплового движения молекул объекта. Чем выше температура, тем интенсивнее тепловое движение молекул внутри объекта.

Температуру можно измерить только косвенно через определенные характеристики объекта, которые изменяются с температурой., а шкала, используемая для измерения значения температуры объекта, называется температурной шкалой.. Он определяет отправную точку (нулевая точка) показания температуры и базовая единица измерения температуры. Международная единица измерения — термодинамическая шкала. (К). Другими температурными шкалами, которые в настоящее время используются более широко на международном уровне, являются шкала Фаренгейта. (°Ф), шкала Цельсия (°С) и международная практическая температурная шкала.

С точки зрения теории молекулярного движения, температура – ​​это признак средней кинетической энергии молекулярного движения объекта. Температура является коллективным выражением теплового движения большого числа молекул и имеет статистическую значимость..

Схема моделирования: В закрытом пространстве, скорость движения молекул газа при высоких температурах выше, чем при низких температурах!

Датчик температуры NTC с комплектом зондов из нержавеющей стали

Датчик температуры NTC с корпусом ABS, провод датчика 105°

Датчик температуры NTC с термистором SEMITEC

2. Датчик температуры
Датчик температуры — это датчик, который может измерять температуру и преобразовывать ее в полезный выходной сигнал.. Это важное устройство для определения и контроля температуры.. Среди большого разнообразия датчиков, Датчики температуры являются одними из наиболее широко используемых и быстрорастущих датчиков.. В процессе автоматизации промышленного производства, точки измерения температуры составляют около половины всех точек измерения.

3. Состав датчиков температуры

II. Разработка датчиков температуры
Восприятие тепла и холода – основа человеческого опыта, но поиск способа измерения температуры поставил в тупик многих великих людей. Неясно, древние греки или китайцы первыми нашли способ измерения температуры., но есть записи, что история датчиков температуры началась в эпоху Возрождения.

Начнем с проблем, с которыми сталкиваются измерения температуры., а затем познакомим с историей развития датчиков температуры с разных сторон [Источник: Технический документ OMEGA по промышленным измерениям]:

1. Проблемы измерения
Тепло используется для измерения энергии, содержащейся в целом или объекте.. Чем больше энергия, Чем выше температура. Однако, в отличие от физических свойств, таких как масса и длина, тепло трудно измерить напрямую, поэтому большинство методов измерения являются косвенными, а температура определяется путем наблюдения за эффектом нагрева объекта. Поэтому, стандарт измерения тепла всегда был проблемой.

В 1664, Роберт Гук предложил использовать точку замерзания воды в качестве точки отсчета температуры.. Оле Реймер считал, что следует определить две фиксированные точки., и он выбрал точку замерзания Гука и температуру кипения воды. Однако, как измерить температуру горячих и холодных предметов всегда было проблемой. В 19 веке, такие ученые, как Гей-Люссак, кто изучал газовое право, установил, что при нагревании газа при постоянном давлении, температура повышается на 1 градусов Цельсия и объем увеличивается на 1/267 (позже пересмотрено на 1/273.15), и концепция 0 градусов -273,15℃ было получено.

2. Наблюдайте за расширением: жидкости и биметаллы
По сообщениям, Считается, что Галилей создал прибор, показывающий изменения температуры вокруг. 1592. Это устройство воздействует на толщу воды, контролируя сжатие воздуха в контейнере., а высота столба воды указывает на степень охлаждения. Но поскольку на это устройство легко влияет давление воздуха, его можно рассматривать только как новую игрушку.

Термометр в том виде, в каком мы его знаем, был изобретен Санторио Сантории в Италии в 1612. Он запечатал жидкость в стеклянную трубку и наблюдал за ее движением, когда она расширялась..

Поместив на пробирку весы, стало легче увидеть изменения., но в системе все еще не хватало точных единиц измерения. С Раймером работал Габриэль Фаренгейт.. Он начал производить термометры, используя спирт и ртуть в качестве жидкостей.. Меркурий был идеален, поскольку имел линейную реакцию на изменения температуры в большом диапазоне., но это было очень токсично, поэтому сейчас его используют все меньше и меньше. Другие альтернативные жидкости изучаются., но он до сих пор широко используется.

Биметаллический датчик температуры был изобретен в конце 1800-х годов.. Он использует неравномерное расширение двух металлических листов при их соединении.. Изменение температуры приводит к изгибу металлических листов., который можно использовать для активации термостата или счетчика, аналогичного тем, которые используются в газовых решетках.. Точность этого датчика невысока., может быть, плюс-минус два градуса, но он также широко используется из-за своей низкой цены..

3. Термоэлектрический эффект
В начале 1800-х годов, электричество было захватывающей областью. Ученые обнаружили, что разные металлы имеют разное сопротивление и проводимость. В 1821, Томас Иоганн Зеебек открыл термоэлектрический эффект., это то, что разные металлы можно соединить вместе и поместить при разных температурах для генерации напряжения.. Дэви продемонстрировал корреляцию между удельным сопротивлением металла и температурой.. Беккерель предложил использовать платино-платиновые термопары для измерения температуры., а настоящее устройство было создано Леопольдом в 1829. Платину также можно использовать в термометрах сопротивления., изобретен Майерсом в 1932. Это один из самых точных датчиков для измерения температуры..

Термометры сопротивления с проволочной обмоткой хрупкие и поэтому непригодны для промышленного применения.. В последние годы были разработаны тонкопленочные RTD., которые не так точны, как RTD с проволочной обмоткой, но они более прочные. В 20 веке также были изобретены полупроводниковые устройства для измерения температуры.. Полупроводниковые устройства измерения температуры реагируют на изменения температуры и обладают высокой точностью., но до недавнего времени, им не хватает линейности.

4. Тепловое излучение
Очень горячие металлы и расплавленные металлы выделяют тепло., излучающие тепло и видимый свет. При более низких температурах, они также излучают тепловую энергию, но с более длинными волнами. Британский астроном Уильям Гершель обнаружил в 1800 что это “нечеткий” свет или инфракрасный свет генерирует тепло.

Работа с соотечественницей Мелони, Робелли нашел способ обнаружить эту лучистую энергию, последовательно соединив термопары и создав термобатарею.. За этим последовало в 1878 по болометру. Изобретён американцем Сэмюэлем Лэнгли., здесь использовались две платиновые полоски, один черненый в одноплечевом мостике. Нагрев инфракрасным излучением вызывал измеримое изменение сопротивления.. Болометры чувствительны к широкому диапазону инфракрасных волн..

В отличие, устройства типа квантового детектора излучения, который разрабатывался с 1940-х годов, реагировал только на инфракрасный свет в ограниченном диапазоне. Сегодня, широко используются недорогие пирометры, и станет еще больше по мере падения цен на тепловизионные камеры..

5. Температурная шкала
Когда Фаренгейт сделал термометр, он понял, что ему нужна температурная шкала. Он установил 30 градусов соленой воды от точки замерзания и выше 180 градусы соленой воды как точка кипения. 25 годы спустя, Андерс Цельсий предложил использовать шкалу 0-100, и сегодняшний “Цельсия” также назван в его честь.

Позже, Уильям Томсон обнаружил преимущества установки фиксированной точки на одном конце шкалы., и тогда Кельвин предложил установить 0 градусов как отправная точка системы Цельсия. Это сформировало температурную шкалу Кельвина, используемую сегодня в науке..

III. Классификация датчиков температуры
Есть много типов датчиков температуры, и они имеют разные названия в соответствии с разными классификационными стандартами.

1. Классификация по методу измерения
В соответствии с методом измерения, их можно разделить на две категории: контактные и бесконтактные.

(1) Контактный датчик температуры:

Датчик напрямую контактирует с измеряемым объектом для измерения температуры.. Поскольку тепло измеряемого объекта передается датчику, температура измеряемого объекта снижается. В частности, когда теплоемкость измеряемого объекта мала, точность измерения низкая. Поэтому, обязательным условием измерения истинной температуры объекта таким способом является то, чтобы теплоемкость измеряемого объекта была достаточно велика.

(2) Бесконтактный датчик температуры:
В основном он использует инфракрасное излучение, испускаемое тепловым излучением измеряемого объекта, для измерения температуры объекта., и может быть измерено удаленно. Стоимость его изготовления высока, но точность измерения низкая. Преимущества в том, что он не поглощает тепло от измеряемого объекта.; не влияет на температурное поле измеряемого объекта; непрерывное измерение не приводит к потреблению; у него быстрый ответ, и т. д..

2. Классификация по различным физическим явлениям
Кроме того, есть микроволновые датчики температуры, шумовые датчики температуры, температурная карта датчики температуры, счетчики теплового потока, струйные термометры, термометры ядерного магнитного резонанса, Термометры с эффектом Мессбауэра, Термометры с эффектом Джозефсона, низкотемпературные сверхпроводящие конверсионные термометры, оптоволоконные датчики температуры, и т. д.. Некоторые из этих датчиков температуры были применены, а некоторые все еще находятся в разработке.

Водонепроницаемый, антикоррозийный датчик температуры RTD PT100

RTD PT100 Датчик температуры с 1-2 Внешнее резьбовое соединение NPT

PT100 Датчик температуры RTD-зонд с 6 длина зонда в дюймах

100 Платиновый элемент класса А Ом (ПТ100)
Температурный коэффициент, a = 0.00385.
304 Оболочка из нержавеющей стали
Прочное переходное соединение с разгрузкой от натяжения
Длина зонда – 6 Дюймы (152 мм) или 12 Дюймы (305мм)
Диаметр зонда 1/8 дюйм (3 мм)
Три провода 72 Дюйм (1.8м) Выводной провод с лепестковыми наконечниками
Температурный рейтинг : 660°Ф (350°С)

Серия PT100 представляет собой датчики RTD с оболочкой из нержавеющей стали и 100 Ом платиновый элемент RTD. PT100-11 доступны с 6 или 12 длина зонда в дюймах. Эти зонды имеют оболочку диаметром 3 мм, изготовленную из 304 нержавеющая сталь, прочное переходное соединение, которое соединяет зонд с подводящими проводами и 72 дюймов подводящего провода, заканчивающегося лепестковыми наконечниками с цветовой маркировкой. Сенсорный элемент класса А используется для обеспечения высокой точности измерений..

Датчик PT100 хорошо подходит для промышленных условий.. RTD представляют собой датчики на основе сопротивления, поэтому электрический шум оказывает минимальное влияние на качество сигнала.. Трехпроводная конструкция компенсирует сопротивление подводящего провода, позволяя использовать более длинные провода без существенного влияния на точность.. Прочное переходное соединение с пружинным зажимом для защиты от натяжения проволоки обеспечивает очень прочное механическое соединение между проволокой и датчиком..