Температура является критическим параметром во множестве применений, начиная, конечно, от обеспечения оптимальной работы промышленного оборудования до безопасности наших домов. Для измерения и контроля этой основной физической величины требуется широкий спектр датчиков температуры (термоэлектрический датчик, Pt100, NTC, инфракрасный датчик и т.п.). Эти умные устройства могут преобразовывать тепловую энергию в электрический сигнал, который может быть впоследствии расшифрован и использован другими системами. Эти знания о различных датчиках температуры и их принципах работы будут важны для выбора соответствующего датчика в соответствии с применением.
Датчики температуры, по сути, являются преобразователями. Они принимают неэлектрическую физическую величину (температуру) и превращают ее в электрический сигнал (напряжение, ток, сопротивление). Это превращение основано на различных физических эффектах, чувствительных к температуре.
Распространенные типы датчиков температуры
На рынке доминирует несколько основных типов датчиков температуры, каждый со своими уникальными характеристиками, преимуществами и ограничениями:
Термисторы. Термисторы — это высокочувствительные датчики температуры, изготовленные из полупроводниковых материалов. Их сопротивление значительно меняется с температурой. Существует два основных типа:
- Термисторы с отрицательным температурным коэффициентом (NTC). С увеличением температуры сопротивление NTC-термистора уменьшается. Это самый распространенный тип термистора. Они используются в системах кондиционирования воздуха, бытовой технике и автомобилях, благодаря высокой чувствительности и экономической эффективности.
- Термисторы с положительным температурным коэффициентом (PTC). В противоположность этому сопротивление PTC-термистора увеличивается с ростом температуры. Они часто используются для защиты от перегрузки по току, поскольку их сопротивление быстро возрастает при превышении определенной температуры (а, следовательно, и силы тока).
При работе удельное сопротивление термисторов изменяется с температурой из-за температурной зависимости полупроводникового материала. С увеличением температуры высвобождаются дополнительные носители заряда, что приводит к уменьшению сопротивления (NTC) или, в некоторых случаях (PTC), фазовый переход может привести к значительному увеличению сопротивления при определенной температуре.
К преимуществам такого типа датчиков температуры можно отнести: высокую чувствительность, быстрое время отклика, экономическую эффективность. Недостатками являются нелинейная характеристика, ограниченный диапазон температур по сравнению с RTD, требует схемы линеаризации.
Датчики температуры требуют систематической калибровки. Датчик температуры градуировки — это датчик, который прошел процесс калибровки для обеспечения точности измерений. Калибровка предусматривает проверку и настройку датчика в соответствии со стандартными температурными значениями, чтобы он мог надежно и правильно передавать данные.
Резистивные температурные сенсоры (RTD). RTD (термодатчики температуры) — это точные датчики температуры, принцип работы которых основан на том, что электрическое сопротивление некоторых металлов предсказуемо меняется с температурой. Наиболее широко используемым материалом в RTD является платина из-за ее линейности, стабильности и широкого диапазона температур.
Принцип работы датчика основан на том, когда металлический компонент RTD нагревается, его атомы двигаются интенсивнее, что препятствует движению электронов и, как следствие, повышает его сопротивление. Зависимость сопротивления от температуры очень линейная и повторяющаяся. К преимуществам можно отнести: высокую точность, отличную стабильность, широкий диапазон температур, хорошую линейность. К недостаткам: более медленное время отклика, более высокая стоимость и меньшая чувствительность, чем у термисторов.
Термопары. Термопара это датчик температуры, который является наиболее распространенным датчиком температуры в промышленном применении, особенно для измерения высоких температур. Датчик такого типа состоит из двух разнородных металлических проводов, соединенных на одном конце, образуя измерительный спай.
Принцип работы термопар базируется на эффекте Зеебека, согласно которому при нагревании двух спаянных проводников из разных металлов генерируется разность потенциалов (или напряжение). Это напряжение отличается пропорционально разности температур между двумя концами термопар (горячим или измерительным спаем и холодным или опорным спасателем), что позволяет измерять температуру путем измерения этого напряжения.
Распространенные типы различных термопар обозначаются буквами (например, J, K, T, E, N, S, R, B), каждая из которых представляет определенную комбинацию металлов и предлагает различные температурные диапазоны измерения и характеристики.
Используя датчик температуры пара, вы получите очень широкий температурный диапазон измерения, прочный и долговечный датчик, относительно недорогой для высокотемпературных применений, который имеет автономное питание (внешнее питание не требуется). К недостаткам можно отнести меньшую точность измерения, чем термисторы, требующие компенсации холодного спая, нелинейный выход и подверженные воздействию электрических шумов.
Инфракрасные датчики температуры. Инфракрасные термометры (которые оснащены инфракрасным датчиком температуры), в отличие от описанных выше контактных датчиков являются бесконтактными датчиками, которые могут измерять температуру, воспринимая излучаемое объектом инфракрасное излучение.
Принцип работы состоит в том, что все, что имеет температуру выше абсолютного нуля излучает инфракрасный свет. Величина такого излучения прямо пропорциональна температуре объекта. Инфракрасные термометры имеют оптику для концентрации инфракрасной энергии на детекторе (термобатарее или болометре), который превращает энергию излучения в электрический сигнал.
Преимуществами бесконтактного измерения (идеально подходит для движущихся или опасных объектов), быстрое время отклика, широкий диапазон температур, может измерять температуру на расстоянии. К недостаткам можно отнести зависимость от излучающей способности объекта, требующего четкой прямой видимости, менее точный, чем контактные датчики для точных измерений, например, датчик термопары.
Факторы, которые необходимо учитывать при выборе датчика температуры
Выбор соответствующего датчика температуры требует учитывать несколько важных факторов:
- Диапазон измерений температуры.
- Точность и прецизионность измерений.
- Время отклика.
- Условия окружающей среды (влажность и температура, наличие химических веществ, электромагнитных помех и т.д).
- Доступный бюджет на покупку датчика.
- Выходной сигнал датчика (аналоговый (напряжение, ток, сопротивление) или цифровой).
- Форм-фактор и крепеж.
Множество технологических процессов зависит от датчиков температуры и не может работать без них. Будь то прочные термопары промышленной печи, точные лабораторные термометры или удобные инфракрасные термометры для выборочной проверки, каждый тип имеет уникальное сочетание преимуществ, и большинство применений специфичны для его использования.
В интернет маркете https://simvolt.ua/ представлены датчики температур и другие устройства для измерения температуры. Менеджеры нашей компании обладают глубоким пониманием их принципов работы и характеристик, чтобы помочь вам подобрать необходимый для обеспечения точности и надежности процессов мониторинга и контроля температуры.
