Katere vrste temperaturnih senzorjev se običajno uporabljajo

Temperaturni senzorji so pomembna orodja v sodobnem inženirstvu, znanstvenih raziskavah in vsakdanjem življenju. Omogočajo vam, da spremljate in nadzirate toplotne razmere v številnih nastavitvah. Najbolj priljubljene vrste so termočleni, uporovni temperaturni detektorji (RTD), termistorji (NTC in PTC različice) in temperaturni senzorji integriranega vezja (IC). Termočleni in RTD so najpogostejša vrsta senzorjev, ki se uporabljajo v tovarnah, ker so zanesljivi, prilagodljivi in ​​lahko delujejo v težkih okoljih. Vsaka vrsta senzorjev deluje na različnih principih, kar pomeni, da imajo različne prednosti v smislu temperaturnega območja, natančnosti, odzivnega časa, stroškov in prilagodljivosti različnim okoljem. To omogoča inženirjem, da izberejo najboljšo rešitev za dano situacijo, kot so nadzor procesa, sistemi HVAC, medicinska oprema, avtomobilske aplikacije in naprave IoT.




Termoelementi



Termoelementi delujejo zaradi Seebeckovega učinka (termoelektričnega učinka), ki se zgodi, ko sta dva različna kovinska vodnika povezana na enem koncu in tvorita merilni spoj. Manjša elektromotorna sila (napetost) se ustvari, ko obstaja temperaturna razlika med vročim (merilnim) in hladnim (referenčnim) spojem. Ta napetost je neposredno povezana z razliko. Natančno temperaturo je mogoče najti z merjenjem te napetosti in pravilnimi prilagoditvami za temperaturo referenčnega spoja.



Termočleni lahko merijo zelo širok razpon temperatur, od tako nizkih kot -200 stopinj do precej več kot 2000 stopinj, odvisno od uporabljenih materialov. Zaradi tega so popolni za zelo vroče ali zelo mrzle prostore. Imajo preprosto in močno zasnovo, zaradi katere so zelo vzdržljivi in ​​odporni na udarce, vibracije in težke razmere. Termoelementi so tudi poceni, za delovanje ne potrebujejo zunanjega vira energije in imajo hiter toplotni odzivni čas, kar je pomembno pri procesih, ki se hitro spreminjajo. Toda njihov izhodni signal je precej majhen (običajno v območju mikrovoltov), ​​zato potrebujejo ojačevalno vezje in potrebujejo nastavitev hladnega spoja, da ostanejo natančni. Nekatere pogoste kategorije so:



Tip K (nikelj-krom/nikelj-silicij): najpogostejši tip, dobro deluje od -200 stopinj do +1260 stopinj, ima razumno ceno in je odporen proti oksidaciji.



Vrsta J (železo/baker-nikelj): dobro deluje pri nižjih temperaturah, do približno 750 stopinj, in se pogosto uporablja v redukcijskih atmosferah.



Vrsta S (platina-rodij/platina): To je vrsta plemenite kovine, ki se uporablja v visoko-natančnih,-temperaturnih aplikacijah, ki segajo do 1600 stopinj ali več. Uporablja se v pečeh in letalih.



Termočleni so zelo pomembni v industrijah, ki delajo z visokimi temperaturami, kot je metalurgija (taljenje jekla), kemična predelava, proizvodnja energije (kotli in turbine) in izdelava stekla.







II. Uporovni temperaturni detektorji (RTD)



RTD so odvisni od dejstva, da se električna upornost čistih kovin, kot je platina, spreminja na predvidljiv način, ko se temperatura spremeni. Upor raste v ravni črti, ko se temperatura dvigne, po pravilih, kot je Callendar-Van Dusenova enačba. Senzor Pt100 (100 ohmov pri 0 stopinjah) in Pt1000 sta dve najpogostejši vrsti.



RTD-ji so odlični, ker so zelo natančni (običajno ±0,1 stopinje ali boljši), stabilni v času in imajo linearen odziv v širokem razponu temperatur (običajno -200 stopinj do +660 stopinj, vendar so nekatere izvedbe lahko veliko višje). Zaradi tega so boljši za naloge, ki zahtevajo veliko natančnosti, kot so kalibracija laboratorijev, predelava hrane, izdelava zdravil in nadzor sistemov HVAC. Njihova glavna težava je, da potrebujejo dlje časa, da se odzovejo, ker imajo večjo toplotno maso, stanejo več kot termoelementi in potrebujejo zunanji vzbujevalni tok (stalni vir toka) za merjenje upora, ne da bi naredili napake zaradi samo-segrevanja. Uporaba tri-žičnih ali štirižilnih nastavitev je velika prednost, ker nadomestijo odpornost vodilne žice in močno izboljšajo splošno natančnost sistema, zlasti na dolgih razdaljah.







III. Termistorji



Termistorji so senzorji iz polprevodnikov, ki s spremembo temperature močno spremenijo svoj upor. Delimo jih na NTC (negativni temperaturni koeficient, kar pomeni, da upor pada z naraščanjem temperature) in PTC (pozitivni temperaturni koeficient, kar pomeni, da upor hitro narašča nad določeno točko).



NTC termistorji so izjemno občutljivi (veliko bolj kot RTD ali termoelementi), se hitro odzivajo, so majhni in poceni. Dobro delujejo v območju od -50 do +150 stopinj Celzija (z nekaterimi razširjenimi različicami). Veliko se uporabljajo v sistemih za upravljanje baterij, avtomobilski klimatski napravi, gospodinjskih aparatih (kot so hladilniki in pečice) in potrošniški elektroniki. Glavna težava je, da njihova upornost-temperaturna krivulja ni-linearna, kar pomeni, da morate za natančne odčitke uporabiti matematiko ali iskalne tabele. Prav tako imajo težave z zamenljivostjo, če niso kalibrirani. Po drugi strani pa se termistorji PTC večinoma uporabljajo za-preprečevanje previsoke temperature, omejevanje zagonskega toka in samoregulacijske grelne elemente namesto za natančne neprekinjene meritve.







IV. Temperaturni senzorji za integrirana vezja (IC) Senzorji IC združujejo zaznavni element, kondicioniranje signala in včasih analogno-v-digitalno pretvorbo v en silicijev čip. Pošiljajo lahko analogno napetost (npr. 10 mV/stopinjo) ali digitalne signale prek protokolov, kot so I²C, SPI ali 1-Wire. Nekatere znane znamke so naprave serij LM35, DS18B20 in TMP.



Imajo nizko stopnjo napak (±0,5 stopinje običajno), hitro se odzivajo, potrebujejo malo zunanjih delov in jih je enostavno povezati z mikrokontrolerji. Zaradi tega so popolni za vgrajene sisteme, potrošniško elektroniko, vozlišča IoT, osebne računalnike in prenosne naprave. Temperaturno območje od -55 do +150 stopinj Celzija omejuje njihovo uporabo v zelo vročih ali zelo mrzlih prostorih, vendar njihova enostavna uporaba in zmožnost dela z drugimi napravami nadomestita to v številnih trenutnih aplikacijah.







V. Druge vrste dodatkov Poleg glavnih kontaktnih senzorjev obstajajo številne posebne izbire, ki ustrezajo posebnim namenom.



Infrardeči (brez{0}}kontaktni) temperaturni senzorji lahko merijo temperaturo, ne da bi se dotaknili predmeta, saj vidijo toplotno sevanje, ki prihaja iz njega. Odlični so za spremljanje visokih temperatur (kot so staljene kovine), premikajočih se tarč ali nevarnih mest. Najdete jih v medicinskih ušesnih termometrih, industrijskih pirometrih in pregledih varnosti hrane.



Bimetalni termometri za premikanje kazalca uporabljajo različno toplotno raztezanje dveh povezanih kovin. To omogoča preprosto in zanesljivo branje brez potrebe po napajanju. Dobro delujejo s preprostimi domačimi termostati, pečicami in industrijskimi merilniki, ki niso zelo natančni.



Senzorji temperature iz optičnih vlaken so imuni na elektromagnetne motnje, odporni proti koroziji in lahko zaznavajo na velikih razdaljah, ker uporabljajo optične funkcije, kot je upad fluorescence ali interferometrija. Zelo so pomembni na mestih, kot so visoko{1}}napetostne transformatorske postaje, transformatorji, naprave za MRI in na mestih, kjer so prisotni eksplozivi ali jedrski materiali.



Skratka, pri izbiri temperaturnega senzorja morate razmišljati o stvareh, kot so, kako natančen mora biti, kako širok je temperaturni razpon, kako hitro se mora odzivati, koliko stane, kako vzdržljiv mora biti v okolju in kako enostaven je za namestitev. Termoelementi so najboljša izbira za industrijske postopke pri zelo-temperaturah, RTD so najnatančnejši v nadzorovanih okoljih, termistorji so najboljša izbira za vmesne razpone po nizki ceni, senzorji IC pa olajšajo digitalno povezovanje elektronike. Infrardeča in optična vlakna sta dva primera drugih vrst, ki omogočata pokrivanje vseh industrij, tudi tistih, ki jih ni mogoče doseči z neposrednim dotikom ali EMI.