Snímač teploty: princíp činnosti, meranie a teplotný rozsah

Moderná výroba je jednoducho nemysliteľná bez automatizácie rôznych technologických procesov. Vychádzajúc z jadrovej elektrárne a končiac autami, všade nájdete prvky automatickej kontroly a regulácie potrebných parametrov. Tlakové, uhlovité a lineárne rýchlosti, teplota a mnoho ďalších parametrov je potrebné monitorovať, aby sa dosiahla efektívnejšia prevádzka celej výroby alebo stroja.

Z celkovej rozmanitosti kontrolovaných parametrov je približne polovica obsadená meraním a reguláciou teploty. A jeden Medzi najdôležitejšie detaily celého systému je snímač. Vzhľadom na skutočnosť, že podmienky a teplotné rozmedzie sa môžu značne líšiť, senzory a primárne meniče sú vykonávané s rôznymi vlastnosťami a vlastnosťami v závislosti od technologických požiadaviek.

Samotný teplotný snímač je zariadenie schopné získať nameranú hodnotu a konvertovať ho na signál pre následné spracovanie a riadenie monitorovacím zariadením. Jednoducho povedané, je to jeden z veľkosti konvertora (teplota) na inú hodnotu (elektrický prúd, odpor), ktorá je schopná zariadenia na spracovanie (napr., Regulátory teploty) a na základe prijatých dát vykonať akciu, pre ktorú sa vytvára zariadenie samotnej. Napríklad, keď je teplota nad dopredu určenú jednotkou môže spôsobiť zlyhanie ovládača k zastaveniu zdroja (stredná) vykurovanie.

Typy snímačov teploty

Vzhľadom na skutočnosť, že podmienky a rozsahy merania pre rôzne úlohy sa môžu veľmi líšiť a požiadavky na meranie rôznych teplotných parametrov sa menia a na vykonávanie rôznych úloh tepelného meniča musí spĺňať tieto podmienky a určité požiadavky. Preto sa môžu líšiť a používajú rôzne vlastnosti materiálov. Snímače sú teda:

• polovodičové;
• thermoresistive;
• akustické;
• termoelektrický;
• piezoelektrický;
• Pyrometre.

Stručne opíšte charakteristiky každého z nich, aby ste si mohli predstaviť, v ktorých prípadoch je potrebné použiť toto alebo toto zariadenie.

Polovodičový termoelektrický

Tepelné prevodníky tohto typu sú v dopyte vo výrobe, pretože sú lacné a pomerne presné prístroje s nízkou chybou. Pod vplyvom teploty zaznamenáva tento snímač zmeny v vlastnostiach p-n križovatky. Tu je možné použiť takmer akúkoľvek diódu alebo bipolárny tranzistor. Vysoká presnosť polovodičových snímačov teploty je dosiahnutá vďaka závislosti napätia na tranzistore na absolútnej teplote.

Termoelektrické meniče

Hlavnými výhodami takýchto snímačov teploty sú ich trvanlivosť, stabilita a vysoká citlivosť. Dokonale zapadajú do takmer všetkých schém.

Prevádzka takýchto termočlánkov je založená na zmene odporu spôsobeného teplotou na vodič alebo polovodič. Jednoducho povedané, oni obsahujú vo svojom konštrukcii termistor, ktorý reaguje na zmenu média, ktoré sa má merať.

V závislosti od materiálu použitého v teplotných snímačoch teploty sú rozdelené na:

1. Silikónový odpor, ktorý je charakterizovaný dlhodobou stabilitou a vysokou presnosťou.
2. Odporové teplotné detektory, vyznačujúce sa vysokou stabilitou, pevnosťou a presnosťou. Ich práca je založená na schopnosti kovov meniť svoju odolnosť pri vystavení teplote. Častejšie v takých senzoroch sa používa platina alebo meď a pri sledovaní mimoriadne vysokých teplôt sa používa volfrám. Ich jedinou nevýhodou sú pomerne vysoké náklady.
3. Práca termistorov je založená na použití zlúčenín oxidu kovu. Používajú sa iba na meranie absolútnej teploty. Hlavnou nevýhodou je potreba kalibrácie a krehkosti.

Akustické bezkontaktné zariadenia

Tento typ snímača teploty sa používa predovšetkým na meranie vysokých teplôt. Princíp ich fungovania je založený na zmene charakteristík zvuku pri rôznych teplotách. Je to tak snímač teploty z prijímača a chladiča. Zvuk, ktorý prechádza študovaným médiom, vstupuje do prijímača, kde sú stanovené jeho parametre a teplota sa určuje na základe ich základov.

Akustické tepelné senzory sa často používajú v medicíne a tam, kde je nemožné merať teplotu kontaktnými metódami. Jednou z ich hlavných nevýhod je nízka presnosť nameraných teplôt a vysoká chyba spôsobená dodatočnými vlastnosťami.

Termoelektrické snímače

Termoelektrické snímače alebo jednoduchšie termočlánky sa vyznačujú širokou škálou nameraných hodnôt od -200 do 2200 stupňov Celzia. Zároveň ich schopnosti závisia od použitých materiálov. Termočlánky vyrobené zo základných kovov teda umožňujú meranie teplota do 1100 ° C, s ušľachtilosťou až 1600 ° C, a na meranie veľmi vysokých tepelných režimov sa používajú termočlánky s žiaruvzdornými kovmi, ako je volfrám.

Princíp fungovania termoelektrických senzorov je založený na Seebeckovom efekte, to jest spojenia nerovných kovov tvoriacich uzavretú slučku, v ktorej dochádza k elektrickému prúdu, keď majú križovatky rozdielne teploty. Termočlánok sa skladá z dvoch koncov: pracovný a voľný. Prvý sa ponorí priamo do pracovného prostredia a druhý nie je. Tak vzniká teplotný rozdiel, ktorý je zobrazený ako výstupné napätie, ktoré je upevnené multivoltmeterom, často dodávaným s termoelektrickým snímačom.

Piezoelektrické kremenné zariadenia

Princíp fungovania piezoelektrického teplotného snímača je založený na použití křemenného piezo-rezonátora. Piezo-materiál, ktorý sa v ňom používa, zohráva úlohu rezonátora. Keď sa na ňu aplikuje elektrický prúd, toto materiál začína kolísať pod vplyvom rôznych tepelných režimov a frekvencia kmitov sa tiež mení, čo je základ piezoelektrických senzorov.

Bezkontaktné pyrometre termočlánkov

Bezkontaktné snímače, ktoré dokážu odhaliť tepelné vyžarovanie z ohrievaných telies, sa nazývajú pyrometre. Pohodlie takýchto zariadení spočíva v tom, že nie je potrebné umiestňovať ich priamo do prostredia. Avšak bez priameho kontaktu je presnosť ich indikácií relatívne nízka, pretože môžu byť vedľajšie účinky, ktoré ovplyvňujú údaje.

Existujú tri typy pyrometrov:

1. Interferometrické pyrometre emitujú dva lúče, ktoré prechádzajú cez médium a druhé je kontrolné. Dve z týchto lúčov padajú na silikónový snímač, potom sa porovnáva lom a dĺžka lúčov priamo závisiacich od zahrievania média.
2. Žiarivkové tepelné senzory práce na komplexnejšom princípe: na povrchu, kde je potrebné merať množstvo tepla, sa používajú zložky na báze fosforu. Potom sa objekt podrobí ultrafialovému impulznému žiareniu, v dôsledku ktorého sa vyskytnú určité reakcie a analyzuje sa žiarenie.
3. Senzory, ktoré obsahujú riešenia, môže zmeniť farbu pod vplyvom teplôt. Chlorid kobalt použitý v takýchto pyrometroch, keď je v kontakte s meraným médiom, je schopný zmeniť farebné spektrum v závislosti od stupňa zahrievania. Množstvo svetla, ktoré prechádza riešením, umožňuje merať potrebné termo-parametre.

Pravidlá výberu

Všetky vyššie uvedené senzory perfektne vykonávajú svoje funkcie v stanovených medziach. Treba však pochopiť, že je potrebné ich vybrať a použiť na základe požiadaviek v konkrétnom prípade.

Preto pri výbere konkrétneho termočlánku stojí za pozornosť nasledujúce body:

1. Hodnota teplotného rozsahu.
2. Možnosť ponoriť snímač do média, ktoré sa má merať. Ak to nie je možné, mali by ste sa uchýliť k pyrometrom alebo akustickým senzorom.
3. Podmienky merania sú jedným z najdôležitejších bodov pri výbere snímača. Tu je potrebné brať do úvahy nielen agresivitu prostredia, ale aj parametre, ako je tlak, vlhkosť atď. Preto je potrebné zvoliť buď bezkontaktné snímače, alebo v korózne odolných puzdrách.
4. Povaha výstupného signálu by mala byť vždy braná do úvahy. Koniec koncov, niektoré termočlánky môžu ihneď konvertovať signál na stupne, zatiaľ čo iné to dávajú iba v rozsahu prúdu.
5. Niektoré snímače sú pomerne nestabilné a krátkodobé, čo je tiež potrebné vziať do úvahy. Preto ak je potrebná dlhá práca bez výmeny a kalibrácie, musí sa táto nuance zohľadniť.
6. Bude zbytočné pri výbere snímača pre určité potreby venovať pozornosť času odozvy, rozlíšeniu a chybe, prevádzkové napájacie napätie, typ krytu.

Pri zohľadnení všetkých vyššie uvedených nuancií je možné vybrať senzor, ktorý plne vyhovuje jeho charakteristikám v konkrétnej situácii a pre špecifické úlohy.