Hangi sıcaklık sensörü daha iyidir, sensör seçim kriterleri

Sıcaklığı ölçmek için bir sensör seçme sorunuyla ilk kez karşılaşıyorsanız, düşük maliyetli ve güvenilir bir sensör seçmek sizin için gerçek bir sorun olabilir.

Her şeyden önce, aşağıdaki detayları bulmak gerekir: beklenen sıcaklık ölçüm aralığı, gerekli doğruluk, sensörün ortamın içine yerleştirilip yerleştirilmeyeceği (eğer değilse, bir radyasyon termometresi gerekli olacaktır), koşullar normal veya agresif kabul edilir, sensörün periyodik olarak sökülmesi olasılığıdır ve son olarak gerekli mi? mezuniyet derece cinsindendir veya daha sonra bir sıcaklık değerine dönüştürülecek bir sinyal almak kabul edilebilir.

Bunlar, tüketicinin kendi ekipmanının en iyi şekilde çalışacağı daha uygun bir sıcaklık sensörü seçme fırsatı bulduğunu cevaplayan boş sorular değildir. Tabii ki, hangi sıcaklık sensörünün daha iyi olduğu sorusuna basit ve kesin bir şekilde cevap vermek imkansızdır, seçim her bir sensörün özelliklerine aşina olan tüketiciye yapılmaya devam etmektedir.

Burada üç ana sıcaklık sensörü tipine (en yaygın) kısa bir genel bakış sunacağız: direnç termometresi, termistör veya termokupl. Bu arada, tüketicinin, elde edilen sıcaklık verilerinin doğruluğunun hem sensöre hem de sinyal dönüştürücüye bağlı olduğunu hemen anlaması önemlidir - hem birincil sensör hem de dönüştürücü, belirsizliğe katkıda bulunur.

Bazen, cihazları seçerken, farklı sensörlerin veri alırken dikkate alınması gereken farklı ek bileşenlerin (seçilen sensör türüne bağlı olarak) vereceğini unutarak sadece dönüştürücünün özelliklerine dikkat ederler.

Direnç termometreleri - yüksek hassasiyete ihtiyacınız varsa

Bu durumda, algılama elemanı, seramik veya metal bir kasaya yerleştirilen, sıcaklığa karşı direncin bilinen bir bağımlılığına sahip bir film veya tel dirençtir. En popüler olanları platin (yüksek sıcaklık katsayısı), ancak nikel ve bakır da kullanılır. Direnç termometreleri için aralığa ve toleranslara, ayrıca direncin sıcaklığa standart bağımlılıkları GOST 6651-2009 okunarak bulunabilir.

Bu tip termometrelerin avantajı geniş bir sıcaklık aralığı, yüksek stabilite, iyi değiştirilebilirliktir. Titreşime, platin film direnci termometrelerine özellikle dirençlidir, ancak zaten bir çalışma aralığına sahiptirler.

TS'nin mühürlü elemanları minyatür sensörler için ayrı hassas elemanlar olarak üretilir, ancak hem direnç termometreleri hem de sensörler bir nispi eksi ile karakterize edilir - çalışma için üç telli veya dört telli bir sisteme ihtiyaç duyarlar, daha sonra ölçümler doğru olacaktır.

Yine de, sızdırmazlık kutusunun sır, seçilen koşullar için uygun olmalıdır, böylece sıcaklık dalgalanmaları, sensörün sızdırmazlık tabakasının tahrip olmasına yol açmaz. Platin termometrelerin standart toleransı 0.1 ° C'den fazla değildir, ancak 0.01 ° C'lik bir doğruluk elde etmek için bireysel mezuniyet mümkündür.

Referans platin termometreler (GOST R 51233-98) daha yüksek hassasiyete sahiptir, doğrulukları 0.002 ° C'ye ulaşır, ancak titremeye dayanamayacakları için dikkatli kullanılmalıdırlar. Ek olarak, maliyetleri standart platin dirençli termometrelerden on kat daha yüksektir.

Demir-rodyum direnç termometresi, kriyojenik sıcaklıklar altındaki ölçümler için uygundur. Alaşımın anormal sıcaklık bağımlılığı ve düşük TCR, böyle bir termometrenin 0,5 K ila 500 K arasındaki sıcaklıklarda çalışmasına izin verir ve 20 K'deki stabilite 0,15 mK / yıla ulaşır.

Direnç termometresinin yapısal olarak hassas elemanı, saf alüminyum oksit tozu ile kaplanmış bir alüminyum oksit tüpün etrafına yerleştirilmiş dört adet spiraldir. Dönüşler birbirinden izole edilir ve spiralin kendisi prensip olarak titreşime dayanıklıdır. Aynı alümina bazlı özel olarak seçilmiş sır veya çimento ile sızdırmazlık. Tel elemanları için tipik bir aralık -196 ° C ila +660 ° C'dir.

Elemanın ikinci versiyonu (daha pahalı, nükleer tesislerde kullanılır), parametrelerin çok yüksek kararlılığı ile karakterize içi boş bir yapıdır. Metal bir silindir üzerine bir eleman sarılır, silindirin yüzeyi bir alüminyum oksit tabakası ile kaplanır. Silindirin kendisi, platin termal genleşme katsayısına benzer özel bir metalden yapılmıştır. İçi boş eleman termometrelerin maliyeti çok yüksektir.

Üçüncü seçenek bir ince film elementidir. Seramik substrata, üzerine cam veya epoksi ile kaplanmış ince bir platin tabakası (0.01 mikron mertebesinde) uygulanır.

Direnç termometreleri için en ucuz eleman türüdür. Küçük boyut ve hafiflik - ince film elemanının ana avantajı. Bu tür sensörler, iki telli bağlantı sorununu ortadan kaldıran yaklaşık 1 kΩ'luk yüksek bir dirence sahiptir. Bununla birlikte, ince elemanların stabilitesi telden daha düşüktür. Film elemanları için tipik bir aralık -50 ° C ila +600 ° C'dir.

Cam ile kaplanmış platin telden yapılmış bir spiral, çok iyi kapatılmış, yüksek neme dayanıklı, ancak sıcaklık aralığı nispeten dar olan çok pahalı bir tel dirençli termometre seçeneğidir.

Termokupllar - yüksek sıcaklıkları ölçmek için

Termokuplun çalışma prensibi 1822'de Thomas Seebeck tarafından keşfedildi, şu şekilde tarif edilebilir: serbest yük taşıyıcıları olan homojen bir malzemenin iletkeninde, ölçüm kontaklarından biri ısıtıldığında, bir emf görünecektir. Ya da öylesine: benzer olmayan malzemelerin kapalı bir devresinde, kavşaklar arasındaki sıcaklık farkı koşulları altında bir akım oluşur.

İkinci formülasyon daha doğru bir anlayış sağlar. termokupl prensibi, ilki termoelektrik üretiminin özünü yansıtırken ve termoelektrik heterojenite ile ilişkili doğruluk sınırlamalarını gösterirken: termoelektrotun tüm uzunluğu için, belirleyici faktör bir sıcaklık eğiminin varlığıdır, bu nedenle kalibrasyon sırasında ortama daldırma gelecekteki çalışma ile aynı olmalıdır. sensör konumu.

Termokupllar en geniş çalışma sıcaklığı aralığını sağlar ve en önemlisi her türlü temas sıcaklığı sensörü için en yüksek çalışma sıcaklığına sahiptir. Kavşak topraklanabilir veya incelenen nesne ile yakın temasa getirilebilir. Basit, güvenilir, dayanıklı - bu bir termokupl tabanlı bir sensörle ilgilidir. Termokuplların aralıkları ve toleransları, termoelektrik parametreleri GOST R 8.585-2001 okunarak bulunabilir.

Termokuplların da bazı benzersiz dezavantajları vardır:

• termoelektrik güç doğrusal değildir, bu da onlar için dönüştürücülerin geliştirilmesinde zorluklar yaratır;

• elektrotların malzemesi, agresif ortamlara karşı kırılganlıkları nedeniyle kimyasal etkisizlikleri nedeniyle iyi bir sızdırmazlık gerektirir;

• bileşimin biraz değişmesi nedeniyle korozyon veya diğer kimyasal işlemlere bağlı termoelektrik heterojenite, kalibrasyonu değiştirmeye zorlar; iletkenlerin büyük uzunluğu antenin etkisine neden olur ve termokuplun EM alanlarına karşı savunmasız olmasını sağlar;

• Topraklanmış bir bağlantıya sahip bir termokupldan düşük atalet gerektiğinde vericinin yalıtım kalitesi çok önemli bir özellik haline gelir.

Asil metal termokupllar (PP-platin-rodyum-platin, PR-platin-rodyum-platin-rodyum), ana metallerin termokupllarına göre en yüksek doğruluk, en az termoelektrik heterojenite ile karakterizedir. Bu termokupllar oksidasyona karşı dirençlidir, bu nedenle yüksek stabiliteye sahiptirler.

50 ° C'ye kadar sıcaklıklarda, pratik olarak 0 çıkış verir, bu nedenle soğuk bağlantıların sıcaklığını izlemeye gerek yoktur. Maliyet yüksek, hassasiyet düşük - 1000 ° C'de 10 μV / K. 1100 ° С 'de homojen olmayanlık - 0.25 ° С bölgesinde. Elektrotların kirlenmesi ve oksidasyonu kararsızlık yaratır (rodyum 500 ila 900 ° C arasındaki sıcaklıklarda oksitlenir) ve bu nedenle elektrik homojenliği hala ortaya çıkar. Saf metal çiftleri (platin-paladyum, platin-altın) daha iyi stabiliteye sahiptir.

Endüstride yaygın olarak kullanılan termokupllar genellikle ana metallerden yapılır. Ucuz ve titreşime dayanıklıdır. Özellikle uygun, mineral izolasyonlu bir kablo ile kapatılmış elektrotlardır - zor yerlere monte edilebilirler. Termokupllar oldukça hassastır, ancak termoelektrik heterojenite ucuz modellerin bir dezavantajıdır - hata 5 ° C'ye ulaşabilir.

Laboratuvardaki ekipmanın periyodik kalibrasyonu anlamsızdır; kurulum yerindeki termokuplun kontrol edilmesi daha yararlıdır. Termoelektrik olarak en homojen olmayan çiftler nisil / nichrosil'dir. Belirsizliğin ana bileşeni, soğuk kavşak sıcaklığını dikkate almaktır.

2500 ° C'lik yüksek sıcaklıklar tungsten-renyum termokupllarla ölçülür. Burada, özel sızdırmaz atıl gaz kapaklarına ve ayrıca magnezyum oksit ve berilyum oksit ile izolasyonlu molibden ve tantal kapaklara başvurdukları oksitleyici faktörleri ortadan kaldırmak önemlidir. Ve elbette, tungsten-renyumun en önemli uygulama alanı, nötron akı koşulları altında nükleer enerji için termokupllardır.

Termokupllar için, elbette, üç telli veya dört telli bir sistem gerekli olmayacaktır, ancak sinyalin 100 metre ölçüm cihazına minimum hatalarla iletilmesine izin verecek olan telafi ve uzatma kablolarının kullanılması gerekecektir.

Uzatma telleri termokupl ile aynı metalden yapılır ve dengeleme (bakır) telleri asil metal termokuplları (platin için) için kullanılır. Dengeleme telleri, büyük bir sıcaklık farkıyla 1-2 ° C derecesinde bir belirsizlik kaynağı haline gelecektir, ancak dengeleme telleri için bir IEC 60584-3 standardı vardır.

Termistörler - küçük sıcaklık aralıkları ve özel uygulamalar için

termistörler Bunlar tuhaf direnç termometreleridir, ancak tel olanlar değildir, ancak karışık geçiş metal oksitlerine dayanan çok fazlı yapılar şeklinde sinterlenirler. Ana avantajları küçük boyut, çeşitli formlar, düşük atalet, düşük maliyettir.

Termistörler negatif (NTC) veya pozitif (PTC) sıcaklık direnç katsayısına sahiptir. En yaygın NTC ve RTS, izleme ve alarm sistemlerinde çok dar sıcaklık aralıkları (derece birimleri) için kullanılır. Termistörlerin en iyi kararlılığı 0 ila 100 ° C arasındadır.

Termistörler disk (18 mm'ye kadar), boncuk (1 mm'ye kadar), film (0.01 mm'ye kadar kalınlık), silindirik (40 mm'ye kadar) şeklindedir. Küçük termistör sensörleri, araştırmacıların hücreler ve kan damarları içinde bile sıcaklığı ölçmelerini sağlar.

Termistörler, manyetik alanlara nispi duyarsızlıkları nedeniyle esas olarak düşük sıcaklıkların ölçülmesi için talep görmektedir. Bazı termistör tipleri eksi 100 ° C'ye kadar çalışma sıcaklıklarına sahiptir.

Temel olarak, termistörler, granül nitratlardan ve metal oksitlerden havada yaklaşık 1200 ° C'lik bir sıcaklıkta sinterlenen karmaşık çok fazlı yapılardır. 250 ° C'nin altındaki sıcaklıklarda en kararlı olanı nikel ve magnezyum oksitlerden veya nikel, magnezyum ve kobalttan yapılmış NTC termistörleridir.

Bir termistörün spesifik iletkenliği, kimyasal bileşimine, oksidasyon derecesine, sodyum veya lityum gibi metaller şeklinde katkı maddelerinin varlığına bağlıdır.

Küçük boncuk termistörleri iki platin terminale uygulanır, daha sonra camla kaplanır.Disk termistörleri için, uçlar diskin platin kaplamasına lehimlenir.

Termistörlerin direnci, direnç termometrelerinden daha yüksektir, genellikle 1 ila 30 kOhm aralığındadır, bu nedenle burada iki telli bir sistem uygundur. Direncin sıcaklığa bağlılığı üstel olana yakındır.

Disk termistörleri, 0.05 ° C'lik bir hata içinde 0 ila 70 ° C aralığında en iyi şekilde değiştirilebilir. Boncuk - her örnek için dönüştürücünün ayrı ayrı kalibre edilmesini gerektirir. Termistörler, 0 ila 100 ° C aralığında 20 ° C'lik adımlarla parametrelerini ideal bir platin dirençli termometre ile karşılaştırarak sıvı termostatlarda derecelendirilir. Böylece 5 mK'dan fazla olmayan bir hata elde edilir.