Senzor de temperatură: principiul de funcționare, măsurarea și intervalul de temperatură

Producția modernă este pur și simplu de neconceput fără automatizarea diferitelor procese tehnologice. Pornind de la centrala nucleară și terminând cu mașini, peste tot puteți găsi elementele de control automat și de reglare a parametrilor necesari. Vitezele de presiune, angulare și liniare, temperatura și mulți alți parametri trebuie monitorizați pentru o funcționare mai eficientă a întregii producții sau mașinilor.

Dintre varietatea totală de parametri controlați, aproximativ jumătate sunt ocupați de măsurarea și controlul temperaturii. Și unul Dintre cele mai importante detalii ale întregului sistem este senzorul. Pe baza faptului că condițiile și intervalele de temperatură pot varia foarte mult, senzorii și convertizoarele primare sunt executate cu diferite proprietăți și calități în funcție de cerințele tehnologice.

Senzorul de temperatură în sine este un dispozitiv capabil să obțină o valoare măsurată și transformându-l într-un semnal pentru procesarea și controlul ulterior de către un dispozitiv de monitorizare. Pur și simplu, este un convertor al unei valori (temperatură) într-o altă cantitate (curent electric, rezistență) pe care dispozitivul este capabilă să o proceseze (de exemplu, un controler de temperatură) și, pe baza datelor obținute, efectuează acțiunile pentru care este creat acest dispozitiv. De exemplu, dacă temperatura este mai mare decât temperatura setată, dispozitivul poate opri servomotorul pentru a opri sursa de încălzire (mediu).

Tipuri de senzori de temperatură

Având în vedere faptul că condițiile și intervalele de măsurare pentru diferite sarcini pot varia foarte mult și cerințele pentru măsurarea diferitor parametri de temperatură variază și pentru efectuarea diferitelor sarcini ale convertorului termic trebuie să îndeplinească aceste condiții și anumite cerințe. Prin urmare, ele pot fi diferite și pot folosi proprietăți diferite ale materialelor. Astfel, senzorii sunt:

• semiconductori;
• thermoresistive;
• acustice;
• termoelectric;
• piezoelectric;
• Pirometre.

Descrieți pe scurt caracteristicile fiecăruia, pentru a vă putea imagina cazurile în care este necesar să utilizați acest sau acel dispozitiv.

Semiconductor termoelectric

Convertoarele termice de acest tip sunt în cerere în producție, deoarece sunt instrumente ieftine și destul de precise cu o eroare scăzută. Sub influența temperaturii, un astfel de senzor înregistrează schimbări în proprietățile joncțiunii p-n. Aici pot fi folosite aproape orice diodă sau tranzistor bipolar. Precizia ridicată a senzorilor de temperatură pentru semiconductori se realizează datorită dependenței tensiunii pe tranzistor la temperatura absolută.

Convertoare termoelectrice termoelectrice

Principalele avantaje ale acestor senzori de temperatură sunt durabilitatea, stabilitatea și sensibilitatea ridicată. Se potrivesc perfect în aproape orice schemă.

Funcționarea acestor termocupluri se bazează pe schimbarea rezistenței cauzate de temperatură unui conductor sau a unui semiconductor. Pur și simplu, ei conțin în design un termistor, care reacționează la schimbarea mediului de măsurat.

În funcție de materialul utilizat în senzorii de temperatură termorezistenți, ele sunt împărțite în:

1. Siliconice rezistive, care se caracterizează prin stabilitate pe termen lung și o precizie ridicată.
2. Detectoare de temperatură rezistive, caracterizate prin stabilitate ridicată, rezistență și precizie. Munca lor se bazează pe capacitatea metalelor de a-și schimba rezistența atunci când sunt expuse la temperatură. Mai des, în astfel de senzori, se utilizează platină sau cupru, iar când se monitorizează temperaturi deosebit de ridicate, se utilizează tungsten. Singurul lor dezavantaj este costul relativ ridicat.
3. Lucrarea termistorilor se bazează pe utilizarea compușilor de oxid de metal. Ele sunt folosite numai pentru măsurători de temperatură absolută. Principalul dezavantaj este nevoia de calibrare și fragilitate.

Dispozitive acustice fără contact

Acest tip de senzor de temperatură este utilizat în principal pentru măsurarea temperaturilor ridicate. Principiul funcționării lor se bazează pe schimbarea caracteristicilor sunetului la diferite temperaturi. Este așa senzor de temperatură de la receptor și radiator. Sunetul, care trece prin mediul studiat, intră în receptor, unde parametrii săi sunt fixați, iar temperatura este determinată pe baza lor.

Senzorii termici acustici sunt adesea utilizați în medicină și unde este imposibilă măsurarea temperaturii prin metode de contact. Unul dintre principalele lor dezavantaje este precizia scăzută a temperaturilor măsurate și erorile mari datorate caracteristicilor suplimentare.

Senzori termoelectrice

Senzorii termoelectrici sau, mai simplu, termocuplurile se caracterizează printr-o gamă largă de valori măsurate - de la -200 la 2200 de grade Celsius. În același timp, capacitățile lor depind de materialele folosite. Astfel, termocuplurile din metale comune permit măsurarea temperatură de până la 1100 ° C, cu nobil până la 1600 ° C, și pentru măsurarea modurilor termice foarte mari, se utilizează termocupluri cu metale refractare, cum ar fi tungsten.

Principiul de funcționare al senzorilor termoelectrici se bazează pe efectul Seebeck, adică la joncțiunile de metale diferite, care formează o buclă închisă în care are loc un curent electric atunci când joncțiunile au temperaturi diferite. Termocuplul este alcătuit din două capete: una funcțională și una liberă. Primul este scufundat direct în mediul de lucru, iar al doilea nu este. Astfel, apare o diferență de temperatură care este afișată ca o tensiune de ieșire care este fixată de un multivolmetru, adesea alimentat cu un senzor termoelectric.

Dispozitive cu cuarț piezoelectrice

Principiul funcționării senzorului de temperatură piezoelectric se bazează pe utilizarea unui piezoresonator de cuarț. Piezo-materialul folosit în el joacă rolul unui rezonator. Când se aplică un curent electric, acest lucru materialul începe să fluctueze sub influența diferitelor moduri termice, iar frecvența de oscilație se schimbă, ceea ce reprezintă baza senzorilor piezoelectrici.

Piraterie cu termocupluri fără contact

Senzorii fără contact care detectează radiațiile termice din corpurile încălzite se numesc pirometri. Comoditatea acestor dispozitive constă în faptul că nu este nevoie să le plasați direct în mediul înconjurător. Cu toate acestea, fără contact direct, precizia indicațiilor lor este relativ scăzută, deoarece pot exista efecte secundare care afectează citirile.

Există trei tipuri de pirometre:

1. Pirotometre interferometrice emit două raze care trec printr-un mediu, iar al doilea este cel de control. Două dintre aceste raze intră pe senzorul de siliciu, după care se compară refracția și lungimea razei direct dependente de încălzirea mediului.
2. Senzori termici fluorescenți lucrează pe un principiu mai complex: la suprafață, unde este necesară măsurarea cantității de căldură, se aplică componentele bazate pe fosfor. După aceasta, obiectul este supus unei radiații pulsate cu radiații ultraviolete, în urma căruia apar anumite reacții, iar radiația este analizată.
3. Senzori care conțin soluții, poate schimba culoarea sub influența temperaturilor. Clorura de cobalt, utilizată în astfel de pirometre, în contact cu mediul măsurat, este capabilă să schimbe spectrul culorii în funcție de gradul de încălzire. Astfel, cantitatea de lumină care trece prin soluție face posibilă măsurarea termometrelor necesare.

Reguli de selecție

Toți senzorii de mai sus își îndeplinesc perfect funcțiile în limitele specificate. Cu toate acestea, trebuie să înțelegem că este necesar să le alegeți și să le utilizați pe baza cerințelor într-un anumit caz.

Prin urmare, atunci când alegeți un anumit termocuplu, merită acordată atenție următoarelor aspecte:

1. Valoarea intervalului de temperatură.
2. Posibilitatea de a scufunda senzorul în mediul de măsurat. Dacă acest lucru nu este posibil, atunci ar trebui să recurgeți la pirometre sau senzori acustici.
3. Condițiile de măsurare sunt unul dintre cele mai importante puncte când se alege un senzor. Aici este necesar să se țină seama nu numai de agresivitatea mediului, ci și de parametri precum presiunea, umiditatea etc. De aceea, este necesar să se aleagă fie senzori fără contact, fie în carcase rezistente la coroziune.
4. Natura semnalului de ieșire trebuie luată în considerare întotdeauna. La urma urmei, unele termocupluri pot converti imediat semnalul în grade, în timp ce altele îl dau numai în magnitudinea curentului.
5. Unii senzori sunt destul de instabili și de scurtă durată, ceea ce merită, de asemenea, să fie luat în considerare. Prin urmare, dacă este necesară o muncă îndelungată fără înlocuire și calibrare, această nuanță trebuie, de asemenea, luată în considerare.
6. Va fi de prisos atunci când alegeți un senzor pentru anumite nevoi să acorde atenție timpului de răspuns, rezoluție și eroare, funcționarea tensiunii de alimentare, tipul de carcasă.

Luând în considerare toate nuanțele de mai sus, este posibil să selectați un senzor care să îndeplinească pe deplin caracteristicile sale într-o anumită situație și pentru sarcini specifice.