Какой тип датчика положен в основу конструкции датчика температуры
Обновлено: 04.07.2024
Датчики температуры нужны для того, чтобы проконтролировать температуру в помещении, жидкости, твердого объекта или расплавленного металла.
Виды и принцип действия
Основой действия температурных датчиков в автоматизированном управлении является изменение температуры в электрический сигнал. Это обуславливает преимущества электрических измерений: результаты легко передавать по сети, скорость передачи может быть достаточно высокой. Величины могут преобразовываться друг в друга и обратно. Цифровой код создает повышенную точность замера, скорость и чувствительность.
Термопары
Термопара представляет собой две проволоки из разных металлов, спаянных между собой. При разности температур между горячим и холодным концом в цепи возникает электрический ток. Величина этого электрического тока зависит от термоэлектрической силы термопары, составляет от 40 до 60 мкВ, в зависимости от материала термопары. Материал термопары может быть разным. Это могут быть никель-хромовые, хромо-алюминиевые, железо-никелевые, железо-константановые и т.д.
Термопара является высокоточным датчиком температуры, однако эту точность достаточно проблематично снять. Термопара является относительным датчиком температуры, уровень ее напряжения имеет зависимость от температурной разности между спаями. При этом холодный спай находится при комнатной температуре или при какой-либо другой.
Рассмотрим работу термопары ближе. Есть две термопары и две температуры горячего и холодного конца. Соответственно ЭДС зависит от разности температур. Температуру холодного спая необходимо компенсировать. Аппаратным способом компенсации является использование второй термопары, которая помещена в заранее известную температуру.
Программным способом компенсации является использование другого датчика температуры, на этот раз абсолютного, который помещается в изотермическую камеру вместе с холодными спаями и контролирует их температуру с заданной точностью. Имеются трудности снятия данных с термопары.
Во-первых , она нелинейная. В ГОСТе заботливо введены коэффициенты полинома для перевода ЭДС в температуру и обратно. Эти полиномы большого порядка, но ничто не запрещает спокойно их посчитать силами контроллера.
Во-вторых , другая проблема заключается в том, что термо-ЭДС термопары измеряется в единицах и сотнях микровольт. Соответственно, использование широко доступных аналогоцифровых преобразователей приведет к полному провалу. Нужны прецизионные многоразрядные малошумящие аналогоцифровые преобразователи для того, чтобы использовать термопару в своих конструкциях.
Терморезисторы
Гораздо более простым способом измерения стало применение терморезисторов. Они работают на зависимости сопротивления материалов от внешней температуры. Металлические термометры сопротивления, в частности платиновые обладают очень высокой точностью и линейностью. Термометры сопротивления определяются двумя основными характеристиками.
Это базовое сопротивление термометра при определенной температуре. В ГОСТе базовым сопротивлением считается сопротивление при 0 градусах по Цельсию. ГОСТ рекомендует использование нескольких номиналов сопротивлений в Омах и температурный коэффициент, который определяется как разность сопротивлений нашей температуры и при 0 градусов, деленной на нашу температуру и t нуля градусов, умноженную на единицу, деленную на базовое сопротивление.
Ткс = (Re – R0c) / (Te – T0c) *1/R0c
В ГОСТе на терморезисторы вы найдете температурный коэффициент для различных термометров из платины, меди и никеля. Кроме того, там присутствуют коэффициенты полинома для расчета температуры из текущего сопротивления резистора. Одной из проблем термометров сопротивления является очень низкий температурный коэффициент сопротивления. Однако, измерять сопротивление с высокой точностью гораздо проще, чем очень малые значения напряжения в отличие от термопар.
Одним из способов измерения сопротивления является включение нашего термосопротивления в цепь источника тока и измерение дифференциального напряжения. Использование полупроводников даст нам температурный коэффициент доли единицы процента, их гораздо проще измерять с помощью аналогоцифровых преобразователей. Есть интегральные микросхемы датчиков температуры, аналоговый выход которых уже соответствует питаемому напряжению. Такие датчики температуры можно напрямую подключать к аналогоцифровому преобразователю и спокойно оцифровывать его с помощью восьми- или десятибитного АЦП.
Комбинированный датчик
Помимо интегральных схем с выходом, существуют датчики с цифровым интерфейсом. Одним из популярных датчиков является комбинированный датчик температуры и влажности серии SHT1. Этот датчик позволяет измерять температуру с точностью + 2 градуса и влажность с точностью + 5 градусов. Главной проблемой данного датчика температуры является то, что там решили оптимизировать интерфейс. Он позволяет подключать параллельные устройства.
Цифровой датчик
Цифровой датчик температуры DS18B20, который представляет собой трехвыводную микросхему, позволяет с высокой точностью до 0,5 градуса получать температуру с множеством параллельно работающих датчиков. В этом датчике широкий интервал температур от -55 до +125 градусов. Основной его недостаток – медлительность. Вычисления с максимальной точностью он делает за 750 мс. Ввиду инерционности корпуса датчика температуры опрашивать его нет никакого смысла.
Бесконтактные датчики (пирометры)
В этом датчике имеется специальная тонкая пленка, поглощающая инфракрасные излучения, тем самым нагревающаяся. Такие бесконтактные термосенсоры используются в тепловизорах. Там имеется не один тепловой датчик, а матрица. Они позволяют на расстоянии до 3 метров детектировать тепловой объект.
Кварцевые преобразователи температуры
Для того, чтобы измерить температуру в интервале -80 +250 градусов применяют кварцевые преобразователи. Они работают на частотной зависимости кварца от температуры. Действие датчиков происходит на частотной зависимости. Функция преобразователя меняется от расположения среза по осям кристалла.
Кварцевые датчики работают с высокой чувствительностью, разрешением, стабильностью. Эти свойства делают их перспективными в использовании. Они получили большое распространение в цифровых термометрах.
Шумовые датчики температуры
Работа шумовых датчиков заключается на зависимости шумовой разности потенциалов на резисторе от температуры. Практически реализовать способ измерения температуры шумовыми датчиками можно, сделав сравнение шумов 2-х одинаковых резисторов, один находится при определенной температуре, 2-й при измеряемой температуре. Шумовые датчики температуры применяются для температурного интервала -270 -1100 градусов.
Преимуществом шумовых датчиков стала возможность измерения температуры в термодинамике на вышеописанной закономерности. Но это осложнено трудным измерением напряжения шума, так как оно мало и сравнимо с шумом усилителя.
Датчики температуры ЯКР (ядерного квадрупольного резонанса)
Термометры ЯКР работают за счет действия градиента поля тока решетки кристалла и момента ядра, которое вызвано отклонением заряда от симметрии сферы. Это создает процессию ядер. Частота имеет зависимость от градиента поля решетки. Для разных веществ имеет величину до тысяч МГц. Градиент зависит от температуры, с ее возрастанием частота ЯКР уменьшается.
Датчики температуры ЯКР образуют ампулу с веществом, помещенную в обмотку индуктивности, которая соединена с контуром генератора. Когда частота генератора совпадает с частотой ЯКР, то энергия генератора поглощается. Допуск замера температуры -263 градуса равен + 0,02 градуса, а температуры 27 градусов +0,002 градуса. Преимуществом термометров ЯКР становится стабильность, неограниченная по времени, недостатком является значительная нелинейность преобразующей функции.
Объемные преобразователи
Объемные датчики действуют на расширении и сжатии веществ при изменении температуры. Диапазон действия преобразователей определяется, насколько стабильны свойства материалов. Датчиками делают измерения температуры в интервале -60 -400 градусов. Допуск измерения составляет от 1 до 5%. Интервал работы датчика с жидкостью может зависеть от температуры закипания и замерзания. Погрешности измерения датчиков на жидкости от 1 до 3%, определяются температурой среды.
Нижняя граница измерения преобразователей на газе определяется температурой перехода газа в жидкое состояние, верхняя граница – стойкостью баллона к воздействию температуры.
Для измерения температуры различных физических объектов человечество придумало огромное количество типов устройств и еще больше вариантов их реализации. Несмотря на это, выбрать нужный тип датчика для микроконтроллерного проекта не так сложно, достаточно знать особенности нескольких основных принципов измерения. Ниже будут кратко рассмотрены основные типы температурных датчиков, имеющие практическую ценность для автоматических систем измерения.
Термометры сопротивления.
Наиболее простым и распространенным типом датчика температуры является термометр сопротивления. Принцип его действия основан на зависимости удельного сопротивления металлов от температуры. Это значит, что с ростом температуры сопротивление металлического провода будет расти. Коэффициент, описывающий подобную зависимость, называется температурным коэффициентом сопротивления (ТКС). Для металлов эта величина положительна.
Конструктивно, термометр сопротивления представляет собой миниатюрную катушку из медного или платинового провода, упакованную в защитный кожух. Для получения оптимальных характеристик измерения, провод стараются взять как можно большей длины. Для удобства применения все термометры стандартизуют по так называемому нулевому сопротивлению, т.е. сопротивлению при температуре 0 град.Цельсия. Промышленность выпускает термометры с нулевым сопротивлением 50,100,500,1000 Ом. Маркируются термометры по типу металла, используемому для измерения и нулевой температуре. Например, большое распространение имеют медные датчики ТСМ100 и платиновые ТСП100 и Pt100. Характеристики двух последних несколько отличаются, что необходимо учитывать.
 |
| Промышленный термометр |
Термометры сопротивления находят применение для измерения температур от -50 до 200 град.Цельсия. К их достоинствам следует отнести высокую точность измерений при невысокой стоимости. Для изделий промышленного применения величина погрешности находится в районе 0.1 градуса. Использование термометров сопротивления подразумевает создание специальных схем, позволяющих определить сопротивление датчика с высокой точностью.
Терморезисторы
Принцип действия терморезисторов аналогичен термометрам сопротивления. Отличаются они в первую очередь технологией производства и конструктивными особенностями. По внешнему виду часто напоминают обычные резисторы. Терморезисторы существуют с положительным ТКС -позисторы, и отрицательным ТКС -термисторы.
Нулевое сопротивление терморезисторов может достигать десятков килоом. Использование их аналогично термометрам сопротивления. К недостаткам можно отнести значительную нелинейность характеристики этих элементов.
Термопары.
Выходным сигналом термопары является напряжение, величина которого измеряется в мВ. Это означает, что для полноценных измерений необходимо использовать усилитель. Второй особенностью использования термопар становится необходимость компенсации температуры холодного спая. В общем случае термопара представляет собой спай двух разнородных проводников. Точки подключения данных проводников к измерительному устройству в свою очередь образуют аналог спая, вносящего погрешность в измерения. Для ее учета в месте, максимально приближенном к точке контакта устанавливают дополнительный датчик температуры, показания которого вычитают из показаний основного. Третья особенность заключается в необходимости использования соединительных кабелей специального типа, как правило выполняемых из того же материала, что и термопара. Пренебрежение данным требованием приводит к увеличению погрешности измерений, за счет появления дополнительных спаев.
Главным достоинством термопар является возможность измерения высоких температур. Так для типа ХА диапазон измерений составляет от -180 до 1300 градусов. Для некоторых специальных моделей, верхнее значение может достигать 1800 градусов. Наряду с широким диапазоном, термопары характеризуются сравнительно высокой погрешностью измерения, примерно равной 1 градусу. Также, особенно при большом диапазоне измеряемых температур, требуется учитывать нелинейность термопар.
Полупроводниковые датчики температуры
Температурной зависимостью обладают не только металлы, но и p-n переход. Падение напряжения на нем при протекании тока в прямом направлении будет меняться примерно на 2мВ с изменением температуры на 1 градус. Используя данную зависимость можно организовать измерение температуры в диапазоне примерно от -55 до 150 градусов. В качестве датчиков могут использоваться обычные диоды или один из p-n переходов транзистора. Схемотехника измерительных схем с использованием подобных устройств повторяет варианты с терморезисторами. Существуют и специализированные изделия, представляющие собой законченные измерительные устройства с аналоговым выходным сигналом, пропорциональным температуре. Такие устройства очень удобно применять совместно с АЦП микроконтроллера. Наряду с аналоговыми датчиками, можно найти полупроводниковые микросхемы, содержащие встроенный АЦП и цифровой интерфейс связи (SPI, I2C, 1-Wire). Такие датчики позволяют создавать наиболее простые схемы, но при этом отличаются относительно низкой точностью. Более подробно с данными приборами можно ознакомиться на странице Полупроводниковые датчики температуры.
Другие датчики температуры.
Кроме вышеназванных можно отметить и некоторые другие принципы построения температурных датчиков. В системах автоматики могут встречаться контактные датчики-сигнализаторы. Принцип их действия может быть различен. Выходной сигнал реализован с помощью механического контакта, срабатывание которого происходит при заданной температуре. Наиболее интересным датчиком может стать датчик излучения или пирометр. Его принцип действия основан на измерении энергии, излучаемой каким-либо телом в окружающую среду. Такой принцип не требует непосредственного контакта с объектом, но отличается достаточно низкой точностью. Большинство пирометров представляет собой сложные приборы с высокой стоимостью, хотя в последнее время появились и миниатюрные датчики с различным типом выходов.
Выбор датчиков температуры
Первым параметром, определяющим выбор датчика температуры, считается диапазон измерения. Если подходит несколько вариантов, то можно пользоваться таким правилом: номинальное измеряемое значение должно лежать в диапазоне от половины до двух третей шкалы. Так, например, не желательно использовать термопару для измерения комнатной температуры, и наоборот для температур выше 200 градусов термопара будет хорошим выбором.
 |
| Диапазон измерения датчиков температуры |
Следующей величиной, заслуживающей пристального внимания, будет точность измерений. Если по условиям проекта требуется точность менее одного градуса, то практически однозначным выбором станет термометр сопротивления. К счастью такие требования встречаются достаточно редко, и в большинстве бытовых применений вполне подойдет полупроводниковый датчик с точностью в 1 градус.
Конструктивные особенности датчика также определяют его область применения. Сегодня можно найти множество вариантов, как исполнения измерительной части, так и по способу присоединения к процессу. Также при выборе следует учитывать и такой параметр как инерционность. Инерционность измеряется в секундах и показывает, насколько быстро изменение температуры окружающей среды отразится на выходном сигнале датчика. Пренебрежение данным параметром часто может привести к неточности работы схемы и другим малоприятным последствиям, особенно если показания термодатчика используются для целей управления оборудованием.
У этого типа датчиков есть несколько названий. Зарубежное сокращение RTD - Resistance Temperature Detector. Наше сокращение РДТ - Резистивные датчики температуры. Термопреобразователи сопротивления. Термометры сопротивления.
Очень важно отличать данный тип датчиков, измерительных элементов, от термисторов. Они действительно похожи, но только на первый взгляд. О термисторах речь пойдет в следующей статье.
Как устроен и работает терморезистивный датчик
Довольно просто. В большинстве случаев такие датчики изготавливают из очень тонкой платиновой проволоки или пленки. А это автоматически делает их далеко не самыми дешевыми. Платина металл дорогой. Поэтому сегодня чаще изготавливают тонкопленочные варианты датчиков, когда на керамической подложке наносится дорожка из пленки платины
То есть, терморезистивный датчик можно считать обычным проволочным или тонкопленочным резистором, но изготовленным из платины. Вообще, терморезистивный датчик можно изготовить не только из платины, но и других металлов. Платина была выбрана из-за термостойкости и линейности изменения сопротивления.
Работа терморезистивных датчиков основана на зависимости удельного сопротивления материала, из которого изготовлен датчик, от температуры
Эта формула верна для относительно небольшой разницы температур. И здесь хорошо видно, что зависимость удельного сопротивления от температуры линейная. Для полного диапазона температур все немного сложнее, но об этом позже.
Существует несколько стандартных сопротивлений резистивных термодатчиков, которые измеряются при 0 градусов Цельсия. Чаще всего встречаются датчики с сопротивлением 100 Ом и 1 кОм.
Чувствительность и линейность
При 20 градусах Цельсия ТКС платины равен примерно 3927 ppm/K, или 0.003927. Это и определяет чувствительность датчиков.
Нельзя считать ТКС неизменным и равным приведенному выше значению. Он зависит от многих факторов, включая технологические. Например для датчиков серии M213 производства Heraeus Sensor Technology в документации указан ТКС=3850 ppm/K. А для датчиков серии HEL-700 производства Honeywell в документации указан разный ТКС, для датчиков сопротивлением 100 Ом ТКС= 0.00385, а для датчиков сопротивлением 1 кОм ТКС=0.00375.
Более того, от температуры зависит не только удельное сопротивление, но и ТКС. А значит, характеристика датчиков не совсем линейная. Но по сравнению с характеристикой термопар ее все таки можно считать образцом линейности.
На этой иллюстрации видно, хоть и не очень хорошо, нелинейность зависимости сопротивления от температуры.
Дело в том, что зависимость удельного сопротивления от температуры включает в себя и другие коэффициенты, причем зависящие от более высоких степеней температуры
Зависимость удельного сопротивления от температуры для датчиков семейства HEL-700. Коэффициенты α, β, δ приведены для датчика сопротивлением 100 Ом. По данным Honeywell. За Т0 принята температура 0 градусов Цельсия.
Зависимость удельного сопротивления от температуры для датчиков семейства HEL-700. Коэффициенты α, β, δ приведены для датчика сопротивлением 100 Ом. По данным Honeywell. За Т0 принята температура 0 градусов Цельсия.
Для положительных температур коэффициент β =0. А значит, полином ограничивается квадратом температуры. В других источниках полином может выглядеть немного иначе. Например, часто исключается зависимость от четвертой степени температуры.
Коэффициент b на 4 порядка меньше коэффициента а . А коэффициент с меньше на 9 порядков. То есть, их влияние незначительно и проявляется действительно при высоких температурах.
А значит, линейность терморезистивных датчиков действительно довольно высокая, что иногда позволяет отказаться от лианеризации.
Таблица зависимости сопротивления датчика от температуры часто приводится в документации на датчик. При этом существуют и стандартизованные таблицы (International Industrial Standard IEC 60751): Pt100 , Pt200 , Pt500 , Pt1000 , Pt2000 . Число это номинальное сопротивление датчика в Омах.
Измерение температуры с помощью терморезистивных датчиков
Довольно очевидно, что измерение температуры сводится к измерению сопротивления датчика. То есть, достаточно простого омметра? Не все так просто. И дело даже не в том, что чувствительность датчика не высока, а значит, нужен омметр с растянутой шкалой.
Просто, как и всегда, появляется старательно прячущийся в деталях дьявол. Давайте рассмотрим две основные проблемы, которые новички часто упускают из виду, и некоторые пути их решения.
Проблема первая, сопротивление соединительных проводов
Датчик температуры совершенно не обязательно устанавливается на той же печатной плате, что и схема измерения. И расстояние между датчиком и схемой измерения может быть большим. А значит, у нас появляются соединительные проводники. Примерно так
Схема (неверная) измерения температуры с помощью RTD с учетом соединительных проводников. Иллюстрация моя
Схема (неверная) измерения температуры с помощью RTD с учетом соединительных проводников. Иллюстрация моя
Здесь RTD это датчик температуры, а Rпр это сопротивление проводников. Поскольку для измерения температуры нам надо измерять сопротивление датчика, схема измерения показана в виде омметра.
На самом деле, тут не одна проблема, а сразу несколько. Самая очевидная - измеряемое омметром сопротивление теперь включает в себя и сопротивление проводов. А значит, мы не можем пользоваться таблицей температура-сопротивление из документации на датчик.
На первый взгляд, проблема не сложная, так как сопротивление проводов постоянно и его легко учесть. Но при более внимательном рассмотрении выясняется, что сопротивление проводов тоже зависит не только от их длины, но и от температуры. Причем температура соединительных проводников может быть разной по длине провода.
Эту проблему можно решить двумя основными способами. Первый, классический, использование мостовой схемы измерения, что позволяет скомпенсировать сопротивление проводов и, в некоторых случаях, их ТКС. Второй, использовать четырехпроводную схему подключения датчика.
В первом случае усложняется схема, зато датчик подключается по прежнему по 2 проводам. Во втором случае схема проще, а точность выше (компенсация лучше), но требуется в два раза больше соединительного кабеля.
Мостовая схема включения датчика
Это настолько классическая схема, что она вряд ли нуждается в особых комментариях. Здесь R1 это наш резистивный датчик температуры. Условно, можно считать, что его сопротивление равно R+ΔR . E это напряжение питания моста.
Условие баланса моста R1/R3=R2/R4, при этом выходное напряжение равно нулю. Изменяя сопротивление резистора R2 мы можем сбалансировать мост при нулевой температуре, что бы учесть влияние соединительных проводов до датчика. После этого на баланс моста будет влиять только ΔR. То есть, сопротивление соединительных проводов будет скомпенсировано.
Но не их ТКС. Для компенсации ТКС можно последовательно с R2 включить терморезистор. Но он скомпенсирует влияние температуры только в точке установки.
Другой особенностью такой схемы включения датчика, о которой редко вспоминают, является нелинейность передаточной характеристики.
Передаточная характеристика мостовой схемы измерения при питании моста от источника напряжения и равенстве сопротивления всех плеч
Передаточная характеристика мостовой схемы измерения при питании моста от источника напряжения и равенстве сопротивления всех плеч
Здесь сопротивление всех плеч моста принято одинаковым и равным R. Можно питать мост не от источника напряжения, а от источника тока. Это позволит снизить нелинейность в два раза. Я не буду приводить формулу для этого случая.
Передаточную характеристику можно сделать линейной немного изменив схему моста
Однако, в этой схеме ТКС соединительных проводов по прежнему остается нескомпенсированном. Существует вариант подключения датчика к мосту по 3-проводной схеме, однако и в этом случает ТКС оказывается не полностью скомпенсированным.
4-проводное подключение датчика (подключение Кельвина)
Идея такого подключения очень проста, разделить силовые и сигнальные провода
Здесь I это ток источника тока питающий датчик, а Rпр это сопротивление соединительных проводов.
При таком включении сопротивление соединительных проводов (в разумных пределах) не оказывает влияния на падение напряжения на сопротивлении датчика. А значит, скомпенсированным оказывается и ТКС проводов.
По сути, эту схему можно рассматривать как дифференциальный вольтметр, измеряющий падение напряжения на датчике от стабильного тока формируемого источником тока в схеме измерения.
Проблема вторая, саморазогрев датчика
А вот об этой проблеме новички вспоминают довольно редко ! Поэтому рассмотреть ее надо обязательно.
Дело в том, что протекающий через датчик (в процессе измерения сопротивления) ток не только вызывает падение напряжения на нем, но и приводит к выделению на нем мощности, которая и приводит к нагреву датчика. А это искажает результат измерения температуры.
Насколько будут искажены результату измерения? Что бы дать точный ответ нужно учесть тепловые параметры среды измерения и тепловые сопротивления между ней и измерительным элементом датчика.
Поскольку производитель датчика не знает условия его применения, документации указывается лишь коэффициент саморазогрева, который по сути является тепловым сопротивлением измерительный элемент-среда.
Так для уже упоминавшегося датчика серии M213 производства Heraeus Sensor Technology коэффициент саморазогрева равен 0.6К/мВт при 0 градусов Цельсия. Давайте оценим погрешность датчика сопротивлением 100 Ом при токе 10 мА. Выделяющаяся на датчике мощность при таком токе будет равна 10 мВт. А это даст погрешность измерения 6 градусов!
Можно ли избавиться от погрешности сделав цикл измерения коротким, а сами измерения редкими? В общем случае, нет. Во всяком случае, для современных тонкопленочных датчиков. Их тепловая инерция мала, поэтому разогрева собственно измерительного элемента полностью избежать не получится.
Поэтому, для уменьшения погрешности из-за саморазогрева ток через датчик должен быть ограничен. Так для датчика сопротивлением 100 Ом, который мы и рассматривали, рекомендуемый ток лежит в пределах 0.3-1.0 мА (по документации). А для датчика сопротивлением 1 кОм рекомендуемый ток лежит в пределах 0.1-0.3 мА.
Кстати, явление саморазогрева датчика температуры в процессе измерения касается не только резистивных датчиков температуры. Оно касается и полупроводниковых датчиков, и датчиков с цифровым выходом. Причем в датчиках с цифровым выходом ощутимый вклад в саморазогрев вносит собственно схема преобразования и формирования выходного сигнала. И если измерительный элемент находится на одном кристалле со схемой обработки (как в DS1820), то при высокой частоте опроса датчика он начинает выдавать неверные данные. И это не неисправность датчика, это ошибка разработчика устройства, которое измеряет температуру (а не разработчика датчика).
Заключение
Резистивные датчики температуры являются точными и линейными для очень многих применений. Использовать их проще, чем термопары. Но они обладают меньшим диапазоном измеряемых температур. Для них не нужна компенсация опорной температуры (опорного спая), но нужно следить за саморазогревом. При этом цена датчиков относительно высокая (платина) и они являются аналоговыми.
И еще раз хочу заметить, что резистивные датчики температуры не надо путать с термисторами.
Датчик температуры — один из ключевых элементов электронной системы, используемой в в разных сферах производства. В пищевой промышленности он позволяет определять правильную температуру хранения овощей, фруктов и мяса, в химической температура играет значительную роль при хранении реагентов, а в автомобильной датчики температуры показывают значение, которое достигается охлаждающей жидкостью или моторным маслом.
Какие бывают типы, и чем отличаются датчики температуры? Датчик температуры можно найти практически в каждом электронном устройстве. Он используется как в небольших и несложных системах, так и в крупных системах управления. Правильное поддержание температуры позволяет безошибочно сохранить используемое в конструкции электронное оборудование и интегральную схему.
Датчик температуры — типы
- Интегрированные датчики. В датчиках данного типа в одном корпусе находятся схемы обработки измерительного сигнала. Встроенный датчик работает в диапазоне температур от -55 до +150 C. Он используется для измерения температуры внутри электронных устройств, что защитит их от перегрева и своевременно отреагирует на повреждение чувствительных систем.
- Выносные датчики — датчик температуры расположен на удалении от пути измерения. Это позволяет работать в диапазоне температур от -270 до +1800 C. Они используются для управления промышленными процессами в неблагоприятных условиях, например, при перегонке сырой нефти или производстве пищевых продуктов.
- Полупроводниковые элементы, которые работают в диапазоне температур от -55 до +150 C. Их низкая стоимость покупки и размер позволяют использовать их на одной поверхности с другими элементами, включенными в интегральную схему.
- Термоэлектрические датчики (так называемые термопары) — их работа основана на образовании разности потенциалов в точке соприкосновения различных металлов, пропорциональной разнице их температур. Термопары работают в диапазоне температур от -270 до +1800 C. Они используются в авиационной и автомобильной промышленности для измерения температуры внутри двигателя.
- Датчики термосопротивления — работают на основе явления изменения сопротивления измерительного элемента в зависимости от температуры. Бывают металлические датчики терморезистора и полупроводниковые датчики. Терморезисторы работают в диапазоне примерно от -150 до 800 C. Они используются для сигнализации о превышении заданной температуры в качестве защиты от слишком высокого тока.
Датчики температуры SIEMENS
Температурные измерители Сименс в зависимости от среды применения делятся на две основные группы:
- воздушные или детекторы температуры воздуха,
- жидкостные.
Благодаря большому количеству моделей различной конструкции, воздушные датчики работают в разных условиях. Поэтому данный тип подразделяют на:
- наружные,
- комнатные,
- канальные.
Датчики температуры для помещений Siemens
Используются внутри зданий. Модели имеют широкий диапазон чувствительности и минимальную погрешность измерений. Сочетание преимуществ как современных, так и более традиционных технологий, компактный вид и безукоризненный дизайн ставят температурные датчики Сименс вне конкуренции. Они отлично вписываются в любой интерьер офисного помещения или дома.
Канальные датчики температуры Siemens
Устройства представляют собой современные механизмы, которые гарантируют правильное измерение температуры, а значит, и эффективную работу всей установки. Они изготовлены из надежных материалов, благодаря которым хорошо справляются даже в самых экстремальных условиях.
Датчики температуры в воздуховоде могут использоваться как датчики температуры приточного или вытяжного воздуха, а также как ограничивающие датчики для ограничения минимальной температуры приточного воздуха. Их также можно успешно использовать в качестве эталонных и измерительных датчиков.
Погружной датчик температуры
Погружной датчик температуры разработан для измерения высоких и низких температур в системах отопления, вентиляции и установок кондиционирования воздуха. Он подключается двухжильным кабелем, который используется как для питания, так и для передачи сигнала.
Преимущества датчиков температур Сименс:
- Широкий ассортимент продукции, охватывающий все стандартные диапазоны измерения и выходные сигналы
- Энергосберегающие требования к теплу и высокий комфорт в помещении — результат сбалансированной коррекции измерения, короткого времени отклика и высокой точности измерения
- Инновационная и простая установка — благодаря конструкции и корпусу, совместимому со всеми методы измерения и требования к сборке.
Беспроводной датчик температуры наружного воздуха
При оптимизации работы системы отопления стоит обращать внимание не только на подбор подходящих контроллеров — не менее важны дополнительные элементы для обеспечения наилучшей работы системы отопления. Одна из популярных тем — использование датчика наружной температуры и его оптимальное размещение. Для наиболее оптимального использования тепловой энергии стоит продумать выбор датчика, который представляет собой устройство, позволяющее сэкономить многие затраты.
Внешний датчик температуры, благодаря встроенному регулятору, на основе кривой нагрева может точно рассчитать, какую температуру должна иметь вода, что необходимо для установки наиболее оптимальной температуры для обогрева выбранных участков. Благодаря этому температура воды в отопительной системе постоянно меняется в зависимости от температуры снаружи здания.
Профессиональные датчики температуры и их применение
Температура — фундаментальная физическая величина. Для получения точных результатов следует выбрать соответствующий тип датчика или преобразователя с правильным диапазоном измерения. Измерение температуры — одно из самых основных измерений, выполняемых не только в тяжелой промышленности или автоматизации, но и в быту. Отсюда огромная популярность и разнообразие областей применения датчиков температуры. Специализированные модели используются во многих сферах экономики.
Датчики температуры позволяют контролировать температуру, например, в производственных цехах. Параметр, которым является температура, часто играет огромную роль также во время сложных процессов, происходящих в фармацевтической или пищевой промышленности. Температурный измеритель в автоматике может быть датчиком заданного значения, который может включать или выключать кондиционер, или вентилятор. Профессиональные датчики температуры также используются для измерений в металлургических и закалочных печах. В каждом случае необходимо отрегулировать прочность и диапазон измерения узла в зависимости от специфики отрасли, требований процесса или условий данной рабочей среды.
Читайте также: