Hvilken temperatursensor er bedre, sensorvalgskriterier

Hvis dette er din første gang, du støder på spørgsmålet om at vælge en sensor til måling af temperatur, kan det være et faktisk problem for dig at vælge en billig og pålidelig sensor.

Først og fremmest er det nødvendigt at finde ud af følgende detaljer: det forventede temperaturområde for målinger, den krævede nøjagtighed, om sensoren vil være placeret inde i mediet (hvis ikke, et stråletermometer er nødvendigt), betingelserne antages normale eller aggressive, er muligheden for periodisk demontering af sensoren vigtig, og til sidst er det nødvendigt gradueringen er i grader, eller det er acceptabelt at modtage et signal, der derefter konverteres til en temperaturværdi.

Dette er ikke ledige spørgsmål, der svarer på, som forbrugeren får muligheden for selv at vælge en mere passende temperatursensor, som hans udstyr fungerer på den bedste måde. Selvfølgelig er det umuligt at simpelt og entydigt give et svar på spørgsmålet om, hvilken temperatursensor er bedre, det skal stadig vælges til forbrugeren, når man først er blevet bekendt med funktionerne i hver sensortype.

Her giver vi en kort oversigt over de tre hovedtyper af temperatursensorer (de mest almindelige): modstandstermometer, termistor eller termoelement. I mellemtiden er det vigtigt for forbrugeren at øjeblikkeligt forstå, at nøjagtigheden af ​​de opnåede temperaturdata afhænger af både sensoren og signalomformeren - både den primære sensor og omformeren bidrager til usikkerheden.

Nogle gange, når de vælger enheder, er de kun opmærksomme på konverterens egenskaber og glemmer, at forskellige sensorer giver forskellige ekstra komponenter (afhængigt af den valgte sensortype), som skal tages i betragtning ved modtagelse af data.

Modstandstermometre - hvis du har brug for høj nøjagtighed

I dette tilfælde er detektorelementet en film- eller trådmodstand, med en kendt afhængighed af modstanden på temperatur, anbragt i et keramisk eller metalhus. De mest populære er platin (høj temperaturskoefficient), men nikkel og kobber bruges også. Områder og tolerancer såvel som standardafhængighed af modstand på temperatur for modstandtermometre kan findes ved at læse GOST 6651-2009.

Fordelen ved denne type termometre er et bredt temperaturområde, høj stabilitet, god udskiftelighed. Særligt modstandsdygtige over for vibrationer, termometre af platinfilmresistens, har de imidlertid allerede et arbejdsområde.

Forseglede elementer i TS er produceret som separate følsomme elementer til miniatyrsensorer, men både modstandstermometre og sensorer er kendetegnet ved et relativt minus - de kræver et tretråds- eller firetrådsystem til drift, så målingerne vil være nøjagtige.

Og alligevel skal glasuren i tætningskassen være egnet til de valgte betingelser, så temperatursvingninger ikke vil føre til ødelæggelse af sensors tætningslag. Standardtolerancen for platintermometre er ikke over 0,1 ° C, men individuel graduering er mulig for at opnå en nøjagtighed på 0,01 ° C.

Reference-platinotermometre (GOST R 51233-98) har højere nøjagtighed, deres nøjagtighed når 0,002 ° C, men de skal håndteres med omhu, fordi de ikke kan stå ved at ryste. Derudover er deres omkostninger ti gange højere end almindelige platinemodstandstermometre.

Et jern-rhodiumresistenstermometer er velegnet til målinger under kryogene temperaturer. Den unormale temperaturafhængighed af legeringen og den lave TCR tillader et sådant termometer at arbejde ved temperaturer fra 0,5 K til 500 K, og stabiliteten ved 20 K når 0,15 mK / år.

Det strukturelt følsomme element i modstandstermometeret er fire spiralstykker lagt omkring et aluminiumoxidrør, dækket med rent aluminiumoxidpulver. Drejene er isoleret fra hinanden, og selve spiralen er i princippet vibrationssikker. Forsegling med specielt valgt glasur eller cement baseret på samme aluminiumoxid. Et typisk interval for trådelementer er fra -196 ° C til +660 ° C.

Den anden version af elementet (dyrere, brugt ved nukleare anlæg) er en hul struktur, kendetegnet ved meget høj parameterstabilitet. Et element er viklet på en metalcylinder, idet overfladen af ​​cylinderen er dækket med et lag aluminiumoxid. Selve cylinderen er lavet af et specielt metal, der ligner termisk ekspansionskoefficient som platin. Omkostningerne ved hule elementtermometre er meget høje.

Den tredje mulighed er et tyndfilmelement. Et tyndt lag platin (i størrelsesordenen 0,01 mikron) påføres det keramiske underlag, der er belagt med glas eller epoxy ovenpå.

Dette er den billigste type element til modstandtermometre. Lille størrelse og let vægt - den største fordel ved et tyndfilmelement. Sådanne sensorer har en høj modstand på ca. 1 kΩ, hvilket ophæver problemet med totrådsforbindelse. Dog er stabiliteten af ​​tynde elementer ringere end tråd. Et typisk interval for filmelementer er fra -50 ° C til +600 ° C.

En spiral lavet af platinatråd belagt med glas er en mulighed for et meget dyrt trådmodstandstermometer, som er ekstremt godt lukket, modstandsdygtig over for høj luftfugtighed, men driftstemperaturområdet er relativt smalt.

Termoelementer - til måling af høje temperaturer

Funktionsprincippet for termoelementet blev opdaget i 1822 af Thomas Seebeck, det kan beskrives som følger: i lederen af ​​et homogent materiale med frie ladningsbærere, når en af ​​målekontakterne opvarmes, vises en emk. Eller så: i et lukket kredsløb af forskellige materialer, under betingelser med en temperaturforskel mellem forbindelserne, opstår der en strøm.

Den anden formulering giver en mere nøjagtig forståelse. termoelementprincipmens den første afspejler selve kernen i termoelektricitetsgenerering og angiver nøjagtighedsbegrænsningerne forbundet med termoelektrisk heterogenitet: for hele termoelektrodens længde er den afgørende faktor tilstedeværelsen af ​​en temperaturgradient, så nedsænkning i mediet under kalibrering skal være den samme som det fremtidige arbejde sensorposition.

Termoelementer giver det bredeste driftstemperaturområde og vigtigst af alt har den højeste driftstemperatur for alle typer kontakttemperatursensorer. Krydset kan jordes eller bringes i tæt kontakt med det studerede objekt. Enkel, pålidelig, holdbar - det handler om en sensor baseret på en termoelement. Områder og tolerancer, termoelektriske parametre for termoelementer kan findes ved at læse GOST R 8.585-2001.

Termoelementer har også nogle unikke ulemper:

• den termoelektriske kraft er ikke-lineær, hvilket skaber vanskeligheder med at udvikle konvertere til dem;

• materialet i elektroderne har brug for god tætning på grund af deres kemiske inertitet på grund af deres sårbarhed over for aggressive miljøer;

• termoelektrisk heterogenitet på grund af korrosion eller andre kemiske processer, på grund af hvilken sammensætningen ændrer sig lidt, tvinger til at ændre kalibreringen; ledernes store længde giver anledning til effekten af ​​antennen og gør termoelementet sårbart over for EM-felter;

• Senders isoleringskvalitet bliver et meget vigtigt aspekt, hvis der kræves lav inerti fra et termoelement med et jordet kryds.

Termoelementer af ædelmetal (PP-platin-rodium-platin, PR-platin-rodium-platin-rodium) er kendetegnet ved den højeste nøjagtighed, den mindst termoelektriske heterogenitet end termoelementerne af uædle metaller. Disse termoelementer er modstandsdygtige over for oxidation, derfor har de høj stabilitet.

Ved temperaturer op til 50 ° C giver de praktisk talt et output på 0, så der er ikke behov for at overvåge temperaturen på kolde kryds. Omkostningerne er høje, følsomheden er lav - 10 μV / K ved 1000 ° C. Inhomogenitet ved 1100 ° С - i området 0,25 ° С. Forurening og oxidation af elektroderne skaber ustabilitet (rodium oxideres ved temperaturer fra 500 til 900 ° C), og derfor vises der stadig en elektrisk inhomogenitet. Par af rene metaller (platin-palladium, platin-guld) har bedre stabilitet.

Termoelementer, der er vidt brugt i industrien, er ofte lavet af uædle metaller. De er billige og vibrationsbestandige. Specielt praktisk er elektroder forseglet med et kabel med mineralisolering - de kan installeres på vanskelige steder. Termoelementer er meget følsomme, men termoelektrisk heterogenitet er en ulempe ved billige modeller - fejlen kan nå 5 ° C.

Periodisk kalibrering af udstyr i laboratoriet er meningsløs; det er mere nyttigt at kontrollere termoelementet på installationsstedet. De mest termoelektrisk inhomogene par er nisil / nichrosil. Hovedkomponenten i usikkerhed tager højde for temperaturen i det kolde kryds.

Høje temperaturer i størrelsesordenen 2500 ° C måles ved hjælp af wolfram-rhenium-termoelementer. Det er her vigtigt at eliminere oxiderende faktorer, som de tager til specielle forseglede inerte gasdæksler samt til molybdæn- og tantaldæksler med isolering med magnesiumoxid og berylliumoxid. Og selvfølgelig er det vigtigste anvendelsesområde for wolfram-renium termoelementer til kerneenergi under neutronfluxforhold.

For termoelementer er det naturligvis ikke nødvendigt med et tretråds- eller firetrådsystem, men det vil være nødvendigt at anvende kompensations- og forlængerledninger, der gør det muligt at overføre signalet 100 meter til måleudstyret med minimale fejl.

Forlængerledninger er lavet af det samme metal som termoelementet, og kompensations (kobber) ledninger bruges til ædelmetal termoelementer (til platin). Kompensationsledninger vil blive en kilde til usikkerhed i størrelsesordenen 1-2 ° C med en stor temperaturforskel, men der er en IEC 60584-3-standard for kompensationsledninger.

Termistorer - til små temperaturområder og specielle anvendelser

termistorer De er specielle modstandstermometre, men ikke trådmåle, men sintrede i form af flerfase-strukturer, der er baseret på blandede overgangsmetalloxider. Deres største fordel er lille størrelse, en række forskellige former, lav inerti, lave omkostninger.

Termistorer leveres i negativ (NTC) eller positiv (PTC) temperaturmodstandskoefficient. Den mest almindelige NTC og RTS bruges til meget smalle temperaturområder (enheder af grader) i overvågnings- og alarmsystemer. Den bedste stabilitet af termistorer er i området fra 0 til 100 ° C.

Termistorer er i form af disk (op til 18 mm), perle (op til 1 mm), film (tykkelse op til 0,01 mm), cylindrisk (op til 40 mm). Små termistor sensorer giver forskere mulighed for at måle temperatur selv inde i celler og blodkar.

Termistorer efterspørges hovedsageligt efter at måle lave temperaturer på grund af deres relative ufølsomhed over for magnetfelter. Nogle typer termistorer har driftstemperaturer op til minus 100 ° C.

Grundlæggende er termistorer komplekse flerfase-strukturer, som sintres ved en temperatur på ca. 1200 ° C i luft fra granulære nitrater og metaloxider. De mest stabile ved temperaturer under 250 ° C er NTC-termistorer lavet af nikkel og magnesiumoxider eller nikkel, magnesium og cobalt.

Den specifikke ledningsevne for en termistor afhænger af dens kemiske sammensætning, af graden af ​​oxidation, af tilstedeværelsen af ​​additiver i form af metaller som natrium eller lithium.

Små perle termistorer påføres to platinaklemmer og overtrækkes derefter med glas.For disketermistorer loddes ledningerne til platinebelægningen på disken.

Termistorenes modstand er højere end modstandstermometre, normalt ligger den i området fra 1 til 30 kOhm, så et to-trådsanlæg er velegnet her. Temperaturafhængigheden af ​​modstanden er tæt på eksponentiel.

Disktermistorer er bedst udskiftelige i et område fra 0 til 70 ° C inden for en fejl på 0,05 ° C. Perle - kræver individuel kalibrering af transduceren for hvert tilfælde. Termistorer graderes i flydende termostater og sammenligner deres parametre med et ideelt platinemodstandstermometer i trin på 20 ° C i området fra 0 til 100 ° C. Således opnås en fejl på højst 5 mK.