Erilaisten lämpötila-anturien edut ja haitat

Monissa teknologisissa prosesseissa yksi tärkeimmistä fysikaalisista suureista on lämpötila. Teollisuudessa mittaamiseen käytetään lämpötila-antureita. Nämä anturit muuntavat lämpötilatiedon sähköisiksi signaaliksi, jotka sitten elektroniikka ja automaatio käsittelevät ja tulkitsevat. Seurauksena on, että lämpötila-arvo joko näytetään yksinkertaisesti näytöllä tai se toimii perustana jonkin laitteen toimintatilan automaattiselle vaihtamiselle.

Tavalla tai toisella lämpötila-anturit ovat nykyään välttämättömiä, erityisesti teollisuudessa. Ja on tärkeää valita oikea anturi tarkoitukseen, ymmärtäen selkeästi erityyppisten lämpötila-anturien tunnusmerkit. Puhumme siitä myöhemmin.

Erilaisia ​​antureita eri tarkoituksiin

Teknisesti lämpötila-anturit jaetaan kahteen suureen ryhmään: kosketus ja ei-kosketus. Kosketuksettomat anturit käyttävät työssään mittausperiaatetta infrapunaparametrejatulee kaukaisesta pinnasta.

Sen sijaan markkinoilla olevat kosketusanturit eroavat toisistaan ​​siinä, että niiden anturielementti lämpötilan mittausprosessissa on suorassa kosketuksessa pintaan tai väliaineeseen, jonka lämpötilaa mitataan. Näin ollen on tarkoituksenmukaisinta tarkastella kosketusantureita yksityiskohtaisesti, vertailla niiden tyyppejä, ominaisuuksia, arvioida erityyppisten lämpötila-anturien edut ja haitat.

Lämpötila-anturia valittaessa on ensin määritettävä, kuinka lämpötila on mitattava. Infrapuna-anturi pystyy mittaamaan lämpötilaa etäällä pinnasta, joten on olennaisen tärkeää, että anturin ja sen pinnan välillä, johon se suunnataan, ilmakehä on mahdollisimman läpinäkyvä ja puhdas, muuten lämpötila tiedot vääristyvät (katso - Kosketukseton lämpötilan mittaus laitteen käytön aikana).

Kosketusanturin avulla voit mitata suoraan pinnan tai sen ympäristön lämpötilaa, jonka kanssa se on kosketuksissa, joten ympäröivän ilmakehän puhtaudella ei yleensä ole merkitystä. Tässä suora ja laadukas kosketus anturin ja testimateriaalin välillä on ratkaisevan tärkeää.

Kosketusanturi voidaan valmistaa käyttämällä yhtä useista teknologioista: termistori, vastuslämpömittari tai termopari. Jokaisella tekniikalla on hyvät ja huonot puolensa.

Termistori on erittäin herkkä, sen hinta on termoparien ja vastuslämpömittarien välissä, mutta se ei eroa tarkkuudessa ja lineaarisuudesta.

Termopari on kalliimpi, se reagoi nopeammin lämpötilan muutoksiin, mittaukset ovat lineaarisempia kuin termistori, mutta tarkkuus ja herkkyys eivät ole korkeat.

Vastuslämpömittari on tarkin kolmesta, se on lineaarinen, mutta vähemmän herkkä, vaikka se on hinnaltaan halvempi kuin termopari.

Lisäksi anturia valittaessa tulee kiinnittää huomiota mitattujen lämpötilojen alueeseen, termoparien ja vastuslämpömittareiden osalta se riippuu käytetyn herkän elementin materiaalista. Joten sinun on löydettävä jokin kompromissi.

Termopari

Lämpötila-anturit lämpöpari työtä kiitos Seebekov-efekti… Kaksi eri metallia olevaa lankaa on juotettu toisessa päässä – tämä on termoparin ns. kuumaliitos, joka altistuu mitatulle lämpötilalle. Johtojen vastakkaisella puolella niiden päiden lämpötila ei muutu, herkkä volttimittari on kytketty tähän paikkaan.

Volttimittarilla mitattu jännite riippuu kuumaliitoksen ja volttimittariin kytkettyjen johtojen välisestä lämpötilaerosta. Lämpöparit eroavat toisistaan ​​​​metalleissa, jotka muodostavat niiden kuumat liitokset, mikä määrittää tietyn termopari-anturin mitattujen lämpötilojen alueen.

Alla on taulukko tämän lajikkeen erityyppisistä antureista. Anturin tyyppi valitaan vaaditun lämpötila-alueen ja ympäristön luonteen mukaan.

Tyypin E anturit soveltuvat käytettäväksi hapettavissa tai inertissä ympäristössä. Tyyppi J — käytettäväksi tyhjiössä, inertissä tai pelkistävässä ympäristössä. Tyyppi K – sopii hapettavaan tai neutraaliin ympäristöön. Tyyppi N — sen käyttöikä on pidempi kuin tyyppi K.

T-tyypin anturit ovat korroosionkestäviä, joten niitä voidaan käyttää kosteassa hapettavassa, pelkistävässä, inertissä ympäristössä sekä tyhjiössä. R (teollisuus) ja S (laboratorio) - tyypit - ovat korkean lämpötilan antureita, jotka on suojattava erityisillä keraamisilla eristeillä tai ei-metallisilla letkuilla. Tyyppi B on jopa korkeampi lämpötila kuin tyypit R ja S.

Termoelementtianturien etuja ovat niiden toimintaparametrien stabiilisuus korkeissa lämpötiloissa ja suhteellinen vastenopeus kuumaliitoslämpötilan muutoksiin. Tämän tyyppisiä antureita on saatavilla laaja valikoima halkaisijoita. Niillä on alhainen hinta.

Haittapuolena termopareille on ominaista alhainen tarkkuus, niillä on erittäin pieni mitattu jännite, ja lisäksi nämä anturit vaativat aina kompensointipiirejä.

Resistanssilämpömittarit

Resistanssilämpömittari tai reostaattilämpötila-anturi on lyhenne RTD. Se toimii periaatteella muuttaa metallin vastusta riippuen sen lämpötilan muutoksesta. Käytetyt metallit: platina (-200 °C - +600 °C), nikkeli (-60 °C - +180 °C), kupari (-190 °C - +150 °C), volframi (-100 °C) °C - +1400 °C) — riippuen vaaditusta mitatusta lämpötila-alueesta.

Platinaa käytetään useammin kuin muita metalleja vastuslämpömittareissa, mikä antaa melko laajan lämpötila-alueen ja antaa sinun valita eri herkkyydet anturit. Joten Pt100-anturin resistanssi on 100 ohmia 0 °C:ssa ja Pt1000-anturin 1kOhm samassa lämpötilassa, eli se on herkempi ja antaa sinun mitata lämpötilaa tarkemmin.

Termopariin verrattuna vastuslämpömittarilla on suurempi tarkkuus, sen parametrit ovat vakaammat ja mitattujen lämpötilojen alue on laajempi. Herkkyys on kuitenkin pienempi ja vasteaika pidempi kuin termoparien.

Termistorit

Toinen kosketuslämpötila-anturien tyyppi - termistorit… Ne käyttävät metallioksideja, jotka voivat muuttaa vastustuskykyään merkittävästi lämpötilasta riippuen. Termistoreja on kahta tyyppiä: PTC — PTC ja NTC — NTC.

Ensimmäisessä resistanssi kasvaa lämpötilan noustessa tietyllä toiminta-alueella, toisessa lämpötilan noustessa vastus pienenee. Termistoreille on ominaista nopeampi reagointi lämpötilan muutoksiin ja alhaiset kustannukset, mutta ne ovat melko hauraita ja niillä on kapea käyttölämpötila-alue kuin samoilla vastuslämpömittareilla ja termoelementeillä.

Infrapuna-anturit

Kuten artikkelin alussa mainittiin, infrapuna-anturit tulkitsevat kaukaisen pinnan - kohteen - lähettämän infrapunasäteilyn. Niiden etuna on, että lämpötilan mittaus suoritetaan kosketuksettomalla tavalla, eli ei tarvitse painaa anturia tiukasti esinettä vasten tai upottaa sitä ympäristöön.

Ne reagoivat erittäin nopeasti lämpötilan muutoksiin, minkä vuoksi ne soveltuvat jopa liikkuvien kohteiden pintojen tutkimiseen esimerkiksi kuljettimella.Vain infrapuna-anturien avulla voidaan mitata lämpötilaa mm. suoraan uunissa tai millä tahansa aggressiivisella alueella.

Infrapuna-anturien haittoja ovat herkkyys lämpöä säteilevän pinnan kunnon suhteen sekä oman optiikkansa puhtaudelle ja anturin ja kohteen välisellä reitillä olevaan ilmakehään. Pöly ja savu häiritsevät suuresti tarkkoja mittauksia.