Сензор температуре ( НТЦ / Ртд ) концепт, развој и класификација

Ја. Основни појмови температурног сензора
1. Температура
Температура је физичка величина која означава степен топлине или хладноће неког предмета. Микроскопски, то је интензитет топлотног кретања молекула неког објекта. Што је температура виша, што је термичко кретање молекула унутар објекта интензивније.

Температура се може мерити само индиректно кроз одређене карактеристике објекта које се мењају са температуром, а скала која се користи за мерење вредности температуре неког предмета назива се температурна скала. Он одређује почетну тачку (нулта тачка) очитавања температуре и основне јединице за мерење температуре. Међународна јединица је термодинамичка скала (К). Друге температурне скале које се тренутно више користе на међународном нивоу су Фаренхајтова скала (°Ф), Целзијусова скала (° Ц) и међународну практичну температурну скалу.

Из перспективе теорије молекуларног кретања, температура је знак просечне кинетичке енергије молекуларног кретања објекта. Температура је збирни израз топлотног кретања великог броја молекула и садржи статистички значај.

Симулациони дијаграм: У затвореном простору, брзина кретања молекула гаса на високим температурама је већа од оне на ниским температурама!

НТЦ температурни сензор са комплетом сонде од нерђајућег челика

НТЦ температурни сензор са АБС кућиштем жицом сонде 105°

НТЦ температурни сензор са СЕМИТЕЦ термистором

2. Сензор температуре
Сензор температуре се односи на сензор који може да осети температуру и претвори је у употребљив излазни сигнал. То је важан уређај за реализацију детекције и контроле температуре. Међу широким спектром сензора, температурни сензори су једни од најчешће коришћених сензора који се најбрже развијају. У процесу аутоматизације индустријске производње, тачке мерења температуре чине око половину свих мерних тачака.

3. Састав температурних сензора

Ии. Развој температурних сензора
Перцепција топлоте и хладноће је основа људског искуства, али проналажење начина за мерење температуре збунило је многе велике људе. Није јасно да ли су стари Грци или Кинези први пронашли начин за мерење температуре, али постоје записи да је историја температурних сензора почела у ренесанси.

Почињемо са изазовима са којима се суочава мерење температуре, а затим увести историју развоја температурних сензора са различитих аспеката [Извор: ОМЕГА Индустријска мерења Бела књига]:

1. Изазови мерења
Топлота се користи за мерење енергије садржане у целини или објекту. Што је енергија већа, што је температура виша. Међутим, за разлику од физичких својстава као што су маса и дужина, топлоту је тешко директно измерити, па је већина метода мерења индиректна, а о температури се закључује посматрањем ефекта загревања предмета. Стога, стандард за мерење топлоте је увек био изазов.

Ин 1664, Роберт Хооке је предложио коришћење тачке смрзавања воде као референтне тачке за температуру. Оле Реимер је веровао да треба одредити две фиксне тачке, и изабрао је Хукову тачку смрзавања и тачку кључања воде. Међутим, Како мерити температуру топлих и хладних предмета одувек је био проблем. У 19. веку, научници попут Геј-Лусака, који је проучавао закон о гасу, открили да када се гас загрева под сталним притиском, температура расте за 1 степена Целзијуса и запремина се повећава за 1/267 (касније ревидиран у 1/273.15), и концепта 0 степени -273,15 ℃ је изведено.

2. Посматрајте експанзију: течности и биметала
Према извештајима, Верује се да је Галилео направио уређај који показује промене температуре около 1592. Овај уређај утиче на водени стуб тако што контролише контракцију ваздуха у посуди, а висина воденог стуба означава степен хлађења. Али зато што на овај уређај лако утиче ваздушни притисак, може се сматрати само новом играчком.

Термометар какав познајемо изумио је Санторио Сантории у Италији у 1612. Затворио је течност у стаклену цев и посматрао њено кретање када се проширила.

Стављање вага на цев је олакшало уочавање промена, али систему су и даље недостајале прецизне јединице. Са Реимером је радио Габријел Фаренхајт. Почео је да производи термометре користећи алкохол и живу као течности. Меркур је био савршен јер је имао линеарни одговор на температурне промене у великом опсегу, али је био веома токсичан, па се сада све мање користи. Друге алтернативне течности се проучавају, али је и даље у широкој употреби.

Биметални температурни сензор је измишљен крајем 1800-их. Користи предност неравномерног ширења два метална лима када су спојени. Промена температуре изазива савијање металних лимова, који се може користити за активирање термостата или мерача сличних онима који се користе у гасним решеткама. Тачност овог сензора није висока, можда плус-минус два степена, али се и широко користи због ниске цене.

3. Термоелектрични ефекат
Почетком 1800-их, електрицитет је био узбудљиво поље. Научници су открили да различити метали имају различит отпор и проводљивост. Ин 1821, Томас Јохан Зебек је открио термоелектрични ефекат, а то је да различити метали могу бити повезани заједно и постављени на различите температуре да би се генерисао напон. Дави је показао корелацију између отпорности метала и температуре. Бекерел је предложио употребу платина-платина термопарова за мерење температуре, а стварни уређај је креирао Леополд у 1829. Платина се такође може користити у отпорним температурним детекторима, изумео Мајерс у 1932. То је један од најпрецизнијих сензора за мерење температуре.

Жичани РТД су крхки и стога неприкладни за индустријску примену. Последњих година дошло је до развоја танкослојних РТД-ова, који нису тачни као жичани РТД, али су робуснији. У 20. веку су такође откривени полупроводнички уређаји за мерење температуре. Полупроводнички уређаји за мерење температуре реагују на промене температуре и имају високу тачност, али донедавно, недостаје им линеарност.

4. Топлотно зрачење
Веома врући метали и растопљени метали стварају топлоту, емитујући топлоту и видљиву светлост. На нижим температурама, зраче и топлотну енергију, али са већим таласним дужинама. Британски астроном Вилијам Хершел открио је у 1800 да ово “фуззи” светлост или инфрацрвена светлост ствара топлоту.

Рад са сународником Мелони, Робели је открио начин да детектује ову енергију зрачења тако што је повезивао термопарове у серију да би направио термоелемент. Ово је уследило у 1878 по болометру. Измислио Американац Семјуел Ленгли, ово је користило две платинасте траке, један поцрнео у једнокраком мостовском распореду. Загревање инфрацрвеним зрачењем произвело је мерљиву промену отпора. Болометри су осетљиви на широк опсег инфрацрвених таласних дужина.

Насупрот томе, уређаји типа квантни детектор зрачења, који се развијао од 1940-их, реаговао само на инфрацрвено светло у ограниченом опсегу. данас, јефтини пирометри се широко користе, а биће све више како цена термовизијских камера буде падала.

5. Температурна скала
Када је Фаренхајт направио термометар, схватио је да му је потребна температурна скала. Он је поставио 30 степени слане воде као тачке смрзавања и више 180 степени слане воде као тачка кључања. 25 године касније, Андерс Целзиус је предложио да се користи скала од 0-100, и данашње “Целзијуса” носи и име по њему.

касније, Вилијам Томсон је открио предности постављања фиксне тачке на једном крају скале, а онда је Келвин предложио да постави 0 степени као полазну тачку Целзијусовог система. Ово је формирало Келвинову температурну скалу која се данас користи у науци.

Иии. Класификација температурних сензора
Постоји много типова температурних сензора, а имају различите називе према различитим класификационим стандардима.

1. Класификација по методи мерења
Према методи мерења, могу се поделити у две категорије: контакт и бесконтакт.

(1) Контакт сензор температуре:

Сензор директно контактира објекат који се мери да би измерио температуру. Како се топлота објекта који се мери преноси на сензор, смањује се температура предмета који се мери. Посебно, када је топлотни капацитет објекта који се мери мали, тачност мерења је ниска. Стога, предуслов за мерење праве температуре објекта на овај начин је да је топлотни капацитет објекта који се мери довољно велики.

(2) Бесконтактни сензор температуре:
Углавном користи инфрацрвено зрачење које емитује топлотно зрачење објекта који се мери за мерење температуре објекта, и може се даљински мерити. Цена његове производње је висока, али је тачност мерења ниска. Предности су што не апсорбује топлоту из објекта који се мери; не омета температурно поље објекта који се мери; континуирано мерење не генерише потрошњу; има брз одговор, итд.

2. Класификација према различитим физичким појавама
Додатно, постоје микроталасни температурни сензори, сензори температуре буке, температурна мапа температурни сензори, бројила топлотног протока, млазни термометри, термометри нуклеарне магнетне резонанце, Термометри са Моссбауеровим ефектом, Термометри са Џозефсоновим ефектом, нискотемпературни суперпроводни термометри за конверзију, оптички сензори температуре, итд. Неки од ових температурних сензора су примењени, а неки су још у развоју.

Водоотпоран, антикорозивни РТД ПТ100 температурни сензор

РТД ПТ100 Сензор температуре са 1-2 НПТ спољни навојни прикључак

ПТ100 Сензор температуре РТД сонда са 6 инча дужине сонде

100 Охм класа А платинасти елемент (Пт100)
Температурни коефицијент, а = 0.00385.
304 Плашт од нерђајућег челика
Чврсти прелазни спој са растерећењем напрезања
Дужина сонде – 6 Инцхес (152 мм) или 12 Инцхес (305мм)
Пречник сонде 1/8 инча (3 мм)
Тхрее Вире 72 Инцх (1.8м) Водећа жица завршава лопатицама
Температуре Ратинг : 660°Ф (350° Ц)

Серија ПТ100 су РТД сонде са омотачем од нерђајућег челика и 100 охм платинасти РТД елемент. ПТ100-11 је доступан са 6 или 12 инча дужине сонде. Ове сонде имају омотач пречника 3 мм направљен од 304 нерђајући челик, прелазни спој за тешке услове који повезује сонду са водећим жицама и 72 инча оловне жице која се завршава лопатама означеним бојама. Сензорски елемент класе А се користи да обезбеди мерења високе тачности.

ПТ100 сонда је погодна за индустријска окружења. РТД су сензори засновани на отпорности тако да електрични шум има минималан утицај на квалитет сигнала. Дизајн са три жице компензује отпор проводне жице омогућавајући дужи низ жице без значајног утицаја на тачност. Чврсти прелазни спој са растерећењем опружне жице чини високо механички чврсту везу између жице и сонде.