Snímač teploty ( NTC / RTD ) koncepcie, vývoj a klasifikácia

I. Základné pojmy snímača teploty
1. Teplota
Teplota je fyzikálna veličina, ktorá udáva stupeň tepla alebo chladu objektu. Mikroskopicky, je to intenzita tepelného pohybu molekúl objektu. Čím vyššia je teplota, tým intenzívnejší je tepelný pohyb molekúl vo vnútri objektu.

Teplotu možno merať len nepriamo prostredníctvom určitých charakteristík objektu, ktoré sa menia s teplotou, a stupnica používaná na meranie hodnoty teploty objektu sa nazýva teplotná stupnica. Určuje východiskový bod (nulový bod) čítania teploty a základnej jednotky na meranie teploty. Medzinárodnou jednotkou je termodynamická stupnica (Klimatizovať). Ďalšie teplotné stupnice, ktoré sa v súčasnosti používajú viac medzinárodne, sú stupnice Fahrenheit (°F), Celziovej stupnice (° C) and the international practical temperature scale.

From the perspective of molecular motion theory, temperature is a sign of the average kinetic energy of the molecular motion of an object. Temperature is the collective expression of the thermal motion of a large number of molecules and contains statistical significance.

Simulation diagram: In a closed space, the movement speed of gas molecules at high temperatures is faster than that at low temperatures!

NTC temperature sensor with stainless steel tube probe kit

NTC temperature sensor with ABS housing probe wire 105°

NTC temperature sensor with SEMITEC thermistor

2. Snímač teploty
A temperature sensor refers to a sensor that can sense temperature and convert it into a usable output signal. It is an important device for realizing temperature detection and control. Medzi širokú škálu senzorov, snímače teploty sú jedným z najpoužívanejších a najrýchlejšie rastúcich snímačov. V procese automatizácie priemyselnej výroby, body merania teploty tvoria asi polovicu všetkých bodov merania.

3. Zloženie snímačov teploty

Ii. Vývoj snímačov teploty
Vnímanie tepla a chladu je základom ľudskej skúsenosti, ale nájsť spôsob, ako merať teplotu, zarazilo mnohých skvelých mužov. Nie je jasné, či starí Gréci alebo Číňania ako prví našli spôsob merania teploty, ale existujú záznamy, že história snímačov teploty začala v renesancii.

Začneme výzvami, ktorým čelí meranie teploty, a potom predstavte históriu vývoja snímačov teploty z rôznych aspektov [Zdroj: Biela kniha o priemyselných meraniach OMEGA]:

1. Výzvy merania
Teplo sa používa na meranie energie obsiahnutej v celku alebo objekte. Čím väčšia energia, čím vyššia je teplota. Však, na rozdiel od fyzikálnych vlastností, ako je hmotnosť a dĺžka, teplo je ťažké priamo merať, takže väčšina metód merania je nepriama, a teplota sa odvodzuje pozorovaním účinku zahrievania predmetu. Preto, štandard merania tepla bol vždy výzvou.

V 1664, Robert Hooke navrhol použiť bod mrazu vody ako referenčný bod pre teplotu. Ole Reimer veril, že by sa mali určiť dva pevné body, a vybral si Hookov bod mrazu a bod varu vody. Však, ako merať teplotu horúcich a studených predmetov bol vždy problém. V 19. storočí, vedci ako Gay-Lussac, ktorý študoval plynárenský zákon, zistili, že keď sa plyn zahrieva pod konštantným tlakom, teplota stúpa o 1 stupňa Celzia a objem sa zväčší o 1/267 (neskôr revidovaný na 1/273.15), a koncepcia 0 stupňa -273,15 ℃.

2. Pozorujte expanziu: kvapaliny a bimetaly
Podľa správ, Predpokladá sa, že Galileo vyrobil zariadenie, ktoré ukazuje zmeny teploty v okolí 1592. Toto zariadenie ovplyvňuje vodný stĺpec riadením kontrakcie vzduchu v nádobe, a výška vodného stĺpca udáva stupeň ochladenia. Ale pretože toto zariadenie je ľahko ovplyvnené tlakom vzduchu, možno ho považovať len za novú hračku.

Teplomer, ako ho poznáme, vynašiel Santorio Santorio v Taliansku v r 1612. Tekutinu uzavrel do sklenenej trubice a pozoroval jej pohyb, keď expandovala.

Po umiestnení niekoľkých šupín na skúmavku bolo ľahšie vidieť zmeny, no v systéme stále chýbali presné jednotky. S Reimerom spolupracoval Gabriel Fahrenheit. Začal vyrábať teplomery používajúce alkohol a ortuť ako kvapaliny. Ortuť bola dokonalá, pretože mala lineárnu odozvu na zmeny teploty vo veľkom rozsahu, ale bolo to vysoko toxické, preto sa teraz používa čoraz menej. Ďalšie alternatívne kvapaliny sa skúmajú, ale stále je široko používaný.

Bimetalový snímač teploty bol vynájdený koncom 19. storočia. Využíva nerovnomerné roztiahnutie dvoch plechov pri ich spojení. Zmena teploty spôsobuje ohýbanie plechov, pomocou ktorého možno aktivovať termostat alebo merací prístroj podobný tým, ktoré sa používajú v plynových griloch. Presnosť tohto snímača nie je vysoká, možno plus mínus dva stupne, ale je tiež široko používaný kvôli nízkej cene.

3. Termoelektrický efekt
Začiatkom 19. storočia, elektrina bola vzrušujúca oblasť. Vedci zistili, že rôzne kovy majú rôzny odpor a vodivosť. V 1821, Thomas Johann Seebeck objavil termoelektrický efekt, čo znamená, že rôzne kovy môžu byť spojené a umiestnené pri rôznych teplotách, aby sa vytvorilo napätie. Davy demonštroval koreláciu medzi kovovým odporom a teplotou. Becquerel navrhol použitie platinovo-platinových termočlánkov na meranie teploty, a skutočné zariadenie vytvoril Leopold v r 1829. Platinu je možné použiť aj v odporových detektoroch teploty, vynašiel Myers v r 1932. Je to jeden z najpresnejších snímačov na meranie teploty.

Drôtové RTD sú krehké, a preto nevhodné pre priemyselné aplikácie. V posledných rokoch došlo k vývoju tenkovrstvových RTD, ktoré nie sú také presné ako drôtové RTD, ale sú robustnejšie. V 20. storočí boli tiež vynájdené polovodičové zariadenia na meranie teploty. Polovodičové zariadenia na meranie teploty reagujú na zmeny teploty a majú vysokú presnosť, ale donedávna, chýba im linearita.

4. Tepelné žiarenie
Veľmi horúce kovy a roztavené kovy vytvárajú teplo, vyžaruje teplo a viditeľné svetlo. Pri nižších teplotách, vyžarujú aj tepelnú energiu, ale s dlhšími vlnovými dĺžkami. Britský astronóm William Herschel objavil v r 1800 že toto “fuzzy” svetlo alebo infračervené svetlo vytvára teplo.

Spolupráca s krajanom Melonim, Robelli objavil spôsob, ako detekovať túto žiarivú energiu spojením termočlánkov do série, aby vytvorili termočlánok. Toto nasledovalo v 1878 pomocou bolometra. Vynašiel ho Američan Samuel Langley, toto používalo dva platinové pásiky, jeden začiernený v jednoramennom mostíkovom usporiadaní. Zahrievanie infračerveným žiarením spôsobilo merateľnú zmenu odporu. Bolometre sú citlivé na široký rozsah infračervených vlnových dĺžok.

Na rozdiel od toho, zariadenia typu kvantového detektora žiarenia, ktorý sa vyvíjal od 40. rokov 20. storočia, reagovali iba na infračervené svetlo v obmedzenom pásme. Dnes, široko používané sú lacné pyrometre, a bude čoraz viac, keď bude cena termovíznych kamier klesať.

5. Teplotná stupnica
Keď Fahrenheit vyrobil teplomer, uvedomil si, že potrebuje teplotnú stupnicu. Nastavil sa 30 stupňov slaná voda ako bod mrazu a viac 180 stupňov slanej vody ako bod varu. 25 rokov neskôr, Anders Celsius navrhol použiť stupnicu 0-100, a dnešné “Celzia” je po ňom aj pomenovaná.

Neskôr, William Thomson objavil výhody nastavenia pevného bodu na jednom konci stupnice, a potom Kelvin navrhol nastaviť 0 stupňa ako východiskový bod Celziovej sústavy. Vznikla tak Kelvinova teplotná stupnica, ktorá sa dnes používa vo vede.

III. Klasifikácia snímačov teploty
Existuje mnoho typov snímačov teploty, a majú rôzne názvy podľa rôznych klasifikačných noriem.

1. Klasifikácia podľa metódy merania
Podľa metódy merania, možno ich rozdeliť do dvoch kategórií: kontaktné a nekontaktné.

(1) Kontaktný snímač teploty:

Snímač priamo kontaktuje objekt, ktorý sa má merať, aby zmeral teplotu. Ako sa teplo meraného objektu prenáša na snímač, teplota meraného objektu sa zníži. Najmä, keď je tepelná kapacita meraného objektu malá, presnosť merania je nízka. Preto, predpokladom na meranie skutočnej teploty predmetu týmto spôsobom je dostatočne veľká tepelná kapacita meraného predmetu.

(2) Bezdotykový snímač teploty:
Na meranie teploty objektu využíva hlavne infračervené žiarenie emitované tepelným žiarením meraného objektu, a dá sa merať na diaľku. Jeho výrobné náklady sú vysoké, ale presnosť merania je nízka. Výhodou je, že neabsorbuje teplo z meraného objektu; nezasahuje do teplotného poľa meraného objektu; kontinuálne meranie negeneruje spotrebu; má rýchlu odozvu, tam.

2. Klasifikácia podľa rôznych fyzikálnych javov
Navyše, existujú mikrovlnné snímače teploty, hlukové snímače teploty, teplotná mapa teplotné senzory, merače tepelného toku, prúdové teplomery, nukleárne magnetické rezonančné teplomery, Teplomery s Mossbauerovým efektom, Teplomery s Josephsonovým efektom, nízkoteplotné supravodivé konverzné teplomery, snímače teploty s optickými vláknami, tam. Niektoré z týchto snímačov teploty boli použité, a niektoré sú stále vo vývoji.

Vodotesný, antikorózny snímač teploty RTD PT100

RTD PT100 Snímač teploty s 1-2 NPT pripojenie s vonkajším závitom

PT100 Teplotný snímač RTD sonda s 6 palcová dĺžka sondy

100 Platinový prvok triedy Ohm A (PT100)
Teplotný koeficient, a = 0.00385.
304 Plášť z nehrdzavejúcej ocele
Robustný prechodový spoj s odľahčením ťahu
Dĺžka sondy – 6 Palce (152 mm) alebo 12 Palce (305mm)
Priemer sondy 1/8 palec (3 mm)
Tri drôty 72 Inch (1.8m) Ukončenie oloveného drôtu v lopatkových očkách
Teplotné hodnotenie : 660°F (350° C)

Séria PT100 sú RTD sondy s plášťom z nehrdzavejúcej ocele a 100 ohmový platinový RTD prvok. PT100-11 sú k dispozícii s 6 alebo 12 palcová dĺžka sondy. Tieto sondy majú plášť s priemerom 3 mm vyrobený z 304 nehrdzavejúca oceľ, vysokovýkonný prechodový spoj, ktorý spája sondu s prívodnými vodičmi a 72 palcov oloveného drôtu zakončeného farebne označenými očkami. Senzorový prvok triedy A sa používa na zabezpečenie vysokej presnosti meraní.

Sonda PT100 je vhodná pre priemyselné prostredie. RTD sú odporové snímače, takže elektrický šum má minimálny vplyv na kvalitu signálu. Dizajn troch vodičov kompenzuje odpor vodiča, čo umožňuje dlhšie vedenie vodiča bez významného vplyvu na presnosť. Robustný prechodový kĺb s pružinovým odľahčením ťahu drôtu zaisťuje vysoko mechanicky spoľahlivé spojenie medzi drôtom a sondou.