Как работает температурный датчик

Температурный датчик работает на основе изменения электрического сопротивления, напряжения или другого параметра в зависимости от температуры окружающей среды. Наиболее распространённые типы датчиков, такие как терморезисторы и термопары, преобразуют термические изменения в электрические сигналы, которые затем можно измерять и анализировать.

При изменении температуры датчик изменяет свои физические свойства, что позволяет получить точные значения температуры. Эти данные передаются в микроконтроллер или другое устройство, где происходит их обработка и отображение в удобном формате для пользователя.

Датчики температуры: что это такое, принцип работы, основные виды

Порой в научной работе нужны не только термометры, но и датчики влажности, особенно в тех вопросах, которые касаются контролирования условий окружающей среды. Выращивание растений и клеток, предотвращение порчи образцов, повышение точности экспериментов и защита чувствительного оборудование — все эти моменты требуют использования отдельного прибора, разработанного для считывания уровня влаги из атмосферы.

Лабораторное оборудование включает в себя все технические устройства, инструменты и оснащение, используемые в научных лабораториях для проведения исследований, экспериментов, для анализа проб и диагностики заболеваний. Оснащение предназначено для выполнения широкого спектра задач — от химического анализа до биологических исследований.

Датчики температуры (перейти к товарам) играют значимую роль в лабораторных исследованиях — помогают контролировать окружающую среду, обеспечивают точность измерений, делают эксперименты безопаснее, способствуют регулированию и автоматизации процессов. Без них научные эксперименты определенно проходили бы в разы сложнее. Что же это за устройства — датчики температуры? Поговорим о них, принципе их работы, а также об основных видах.

Что это

Датчики температуры — это устройства для измерения температуры и преобразования этого параметра в сигнал, который может быть использован для дальнейшего анализа. Это важные элементы систем контроля и автоматизации в различных областях, включая лабораторное оборудование, промышленность, медицину и бытовую технику.

Принцип их работы основан на физических свойствах материалов, которые меняются, если окружающая среда становится теплее или холоднее. При изменении температуры происходит преобразование одного вида энергии в другой, например, тепловой в электрическую. Полученный сигнал может быть аналоговым или цифровым и далее передаваться на контроллер или измерительный прибор для анализа.

Примеры процессов, происходящих в датчике температуры:

изменение электрического сопротивления материала (термометры сопротивления и термисторы);
выработка термоЭДС (термопары);
изменение физических свойств (например, объем жидкости в ртутных термометрах).

Основные виды

Есть несколько видов датчиков температур.

Термопары — один из самых распространенных видов. Они состоят из двух металлов, соединенных в одной точке. При потеплении или похолодании возникает разница потенциалов, которую можно измерить. Преимуществом термопар является широкий диапазон и высокая долговечность, что делает их незаменимыми в промышленных условиях.

Термисторы — это полупроводниковые элементы, сопротивление которых изменяется в зависимости от температуры. Они обладают высокой точностью и чувствительностью, что делает их подходящими для применения в системах, требующих высокого уровня контроля, например, в научных экспериментах. Основные виды термисторов — NTC (с отрицательным температурным коэффициентом) и PTC (с положительным температурным коэффициентом).

Термометры сопротивления, или RTD (Resistance Temperature Detector), работают на основе изменения сопротивления металла, такого как платина, в зависимости от температуры. Приборы обладают высокой точностью и стабильностью, что делает их идеальными для применения в лабораторных условиях и в процессах, где требуется точность измерений.

Инфракрасные датчики измеряют температуру без непосредственного контакта с объектом. Они регистрируют инфракрасное излучение, исходящее от объекта, и преобразуют его в температурный показатель. Они часто используются для измерений в труднодоступных местах или в случаях, когда прямой контакт невозможен. Например, они были весьма популярны в период пандемии.

Биметаллические датчики состоят из двух металлических пластин с разными коэффициентами расширения. При нагреве пластины изгибаются, что приводит к срабатыванию измерительного механизма. Применяются в термостатах и других устройствах, где необходим механический контроль температуры.

Датчики температуры играют важную роль в системах контроля и управления процессами, где важно измерение или поддержание температуры. Разнообразие видов позволяет выбрать оптимальный тип для каждой конкретной задачи — от высокоточных лабораторных исследований до контроля окружающей среды в промышленности. При выборе важно учитывать рабочий диапазон устройства, точность, условия эксплуатации и требования к системе измерений.

Пока никто не оставлял здесь записей.

Источник3: elemag-tpk.ru

Что такое температурные датчики?

Датчики температуры — это устройства, которые используются для измерения температуры твердого тела, жидкости или газа. Они бывают самых разных форм, с уникальными характеристиками и возможностями, поэтому важно выбрать правильный тип датчика для ваших конкретных потребностей. В этой статье подробно рассматриваются преимущества, использование и ключевые особенности различных датчиков температуры. Изучите особенности и использование термометров сопротивления, датчиков с отрицательным температурным коэффициентом и термопар. Найдите точный и надежный датчик температуры для решения своей задачи.

К преимуществам температурных датчиков относятся:

Точность: датчики температуры часто обеспечивают высокую точность, поскольку они измеряют температуру напрямую.
Скорость: термодатчики обычно могут измерять температуру гораздо быстрее, чем традиционные термометры, что позволяет осуществлять мониторинг и контроль в режиме реального времени.
Повторяемость: температурные датчики обеспечивают стабильные показания каждый раз, когда их используют. Это может быть особенно важно в отраслях, где точный контроль температуры имеет решающее значение.
Долговечность: многие датчики температуры предназначены для работы в суровых условиях, что делает их прочными и долговечными.
Универсальность: термодатчики выпускаются в различных формах, что позволяет измерять температуру жидкостей, твердых тел и газов.
Удаленный мониторинг: некоторые датчики температуры можно подключить к системам регистрации данных или другому оборудованию для мониторинга, что позволяет удаленно контролировать данные о температуре.

Как работают датчики температуры?

Существует множество различных типов температурных датчиков, и принцип работы датчика зависит от его конструкции и типа. Как правило, датчик температуры работает, определяя что-то, что с ним контактирует. Например, термодатчик ощущает изменение характеристик объекта или окружающей среды.

Чувствительные элементы обычно изготавливаются из материала, который реагирует на изменение температуры, например полупроводника или керамики. В зонде имеется либо контактный датчик, где требуется физический контакт, либо бесконтактный датчик, где для измерения на расстоянии используется инфракрасный датчик. Сам датчик подключен к считывающему устройству, которое может преобразовывать такие данные, как напряжение, в показания температуры.

Типы температурных датчиков

Наиболее распространенные типы температурных датчиков:

Термопары
RTD (резистивные датчики температуры)
NTC (отрицательный температурный коэффициент)

Правильный тип зонда будет зависеть от конкретных потребностей применения.

Термопары

Термопара представляет собой комбинацию двух проводов из разных металлов. Когда соединение между металлами испытывает изменение температуры, генерируется небольшое электрическое напряжение. Величину индуцированного напряжения можно использовать для определения температуры.

Термопары имеют широкий температурный диапазон. Высокая точность, а также быстрое время отклика означают, что термопары используются в самых разных условиях: от промышленных температурных датчиков до измерения температуры пищевых продуктов.

Ключевые факторы, которые помогут вам выбрать термопару, включают в себя:

Тип: Тип термопары, которую вы выберете, будет зависеть от конкретных требований вашего применения. Некоторые из наиболее распространенных типов включают тип K, тип J, тип L, тип E и тип N.
Диапазон температур: Широкий диапазон измерений является преимуществом термопар. Выберите диапазон, подходящий для вашей задачи
Стиль соединения: термопары доступны с различными стилями соединения, включая открытые соединения, заземленные соединения и незаземленные соединения.
Материал оболочки: термопары доступны с различными материалами оболочки, включая нержавеющую сталь, инконель и другие.

Читайте: Как правильно подобрать скважинный насос для загородного дома

Датчик температуры RTD

Датчик температуры RTD (датчик температуры сопротивления) использует электрическое сопротивление для измерения температуры. RTD используются в промышленности, включая управление и мониторинг технологических процессов, а также калибровку температуры. Термометры сопротивления известны своей высокой точностью, повторяемостью и стабильностью, что делает их идеальным выбором для применений, где точный контроль температуры имеет решающее значение.

В датчиках этого типа используется мостовая схема Уитстона для измерения изменения сопротивления, вызванного любым изменением температуры. Впервые он был разработан Сэмюэлем Хантером Кристи, а затем популяризирован Чарльзом Уитстоном. Схема в форме ромба сравнивает неизвестное сопротивление с известным сопротивлением и использует два плеча моста для балансировки сопротивления и получения нулевого выходного сигнала. Эта конструкция обеспечивает высокоточные измерения и используется в важнейших промышленных и научных сценариях, где точность важна.

При выборе RTD учитывайте следующие особенности:

Материал: Материал элемента RTD влияет на точность, стабильность и долгосрочную работу датчика. Платина, никель и медь являются наиболее часто используемыми металлами для термометров сопротивления.
Точность: На точность термометра сопротивления могут влиять несколько факторов, в том числе материал элемента термометра сопротивления, размер и геометрия элемента, а также стабильность мостовой схемы Уитстона.
Время отклика: Время отклика температурного датчика RTD относится к времени, которое требуется датчику для достижения окончательных показаний после ступенчатого изменения температуры.
Рабочий диапазон: RTD обычно имеют более широкий рабочий диапазон, чем другие типы температурных датчиков, что делает их пригодными для различных применений.
Тип разъема: RTD доступны с различными типами разъемов, включая винтовые клеммы, вставные разъемы и другие.
Защита окружающей среды: RTD доступны с различными вариантами защиты окружающей среды, включая защиту от влаги, вибрации и электромагнитных помех.

Датчик температуры NTC

Датчик температуры NTC (отрицательный температурный коэффициент) использует термистор для измерения температуры. Сопротивление этого компонента будет уменьшаться при повышении температуры. Изменения сопротивления можно использовать для измерения температуры.

Датчики температуры NTC обычно используются в различных приложениях, включая контроль температуры, мониторинг температуры и температурную компенсацию. Датчики NTC известны своим быстрым временем отклика, высокой чувствительностью и низкой стоимостью, что делает их привлекательным выбором для многих сфер применения.

Помимо точности, рабочего диапазона и типа разъема, при выборе датчика температуры NTC учитывайте следующее:

Материал: термисторы NTC обычно изготавливаются из керамики или полимеров.
Чувствительность к изменениям температуры.

Калибровка температурных датчиков

Калибровка является важным шагом в обеспечении точности и надежности температурных датчиков. Этот процесс включает в себя сравнение показаний датчика температуры с известным стандартом и его корректировку по мере необходимости, чтобы обеспечить точные и последовательные измерения.

Существует два основных метода калибровки температурных датчиков:

Сравнительная калибровка.В этом методе датчик температуры сравнивается с известным эталоном, например эталонным термометром, при нескольких различных температурах. Если показания зонда отличаются от показаний эталонного термометра, зонд можно регулировать до тех пор, пока он не будет обеспечивать показания, находящиеся в пределах допустимого диапазона допуска.
Контурная калибровка. В этом методе датчик температуры погружается в контролируемую среду, например, в температурную баню, где температура поддерживается на постоянном уровне. Показания температуры зонда сравниваются с показаниями температуры ванны, и при необходимости зонд настраивают, чтобы обеспечить получение показаний, находящихся в пределах допустимого диапазона допуска.

Независимо от используемого метода важно регулярно калибровать датчики температуры, чтобы гарантировать, что они продолжают обеспечивать точные и последовательные измерения. Частота калибровки будет зависеть от конкретных требований проекта и стабильности датчика.

Помимо регулярной калибровки, датчики температуры следует регулярно проверять и обслуживать, чтобы гарантировать их хорошее рабочее состояние, а Выявлять и устранять любые потенциальные проблемы до того, как они станут серьезными. Если вам нужны качественные термодатчики – обращайтесь к нам!

Источник4: elemag-tpk.ru

Источник5: industriation.ru

Датчики температуры. Виды и принцип действия

Датчик температуры — прибор для измерения температуры любого вещества: жидкости, твёрдого объекта, расплавленного вещества, окружающего воздуха и др.

Как выбрать датчик температуры.

При подборе датчика температуры основными параметрами являются:

Диапазон рабочей температуры;;
Возможность погрузить датчик в измеряемую среду или вещество, если это необходимо;
Условия, при которых проводятся измерения температуры: агрессивные воздействия, высокое или низкое давления, влажность и другие;
Ресурс датчика– сколько времени он проработает до возникновения необходимости калибровки или замены;
Тип выходного сигнала — в датчиках измеряемая температура преобразуется в электрическую величину, потому что электрический сигнал легче передается и обрабатывается контроллерами. Существует три вида выходного сигнала:

— сенсор — термосопротивление или термопара подключаются к контроллеру или модулю, имеющему в комплекте аналоговый вход;

— аналоговые выходные сигналы передаются на расстояние до 800 метров. Устанавливаются в коммутационную головку нормирующего преобразователя в заданном диапазоне измеряемых температур;

— цифровой выходной сигнал RS-485. Используются при необходимости получать данные от большого количества термодатчиков. Длина линии связи составляет до 1200 м, и она самая помехоустойчивая из трёх. На один интерфейс RS-485 подключается до 32 устройств, а с повторителями до 256.

— технические показатели – погрешность и разрешение измерения, напряжение, время срабатывания;

— тип корпуса. датчика.

26 видов датчиков температуры и их характеристики

1. Термопары применяют на судах для измерения температуры выхлопных газов дизелей и котлов. Поэтому и необходим переключатель, к которому можно подключить несколько термопар (по количеству цилиндров двигателя). Погрешность измерения у термопар примерно 3 %. Она зависит от температуры окружающей среды. Поэтому желательно искусственно удлинить проволочки, изготовленные из того же материала и поместить гальванометр там, где температура относительно постоянная.

Термопары состоят из:

2. В термометрах расширения меняется объем содержащихся веществ при изменении температуры. Из термометров этого вида самыми распространенными являются жидкостные стеклянные термометры. Они заполняются жидкостями (ртуть, толуол, этиловый спирт), которые по мере увеличения температуры расширяется.

Измеряемая температура преобразуется в линейное перемещение жидкости. Шкала наносится на поверхность капилляра или закреплена на нем снаружи. Технические жидкостные стеклянные термометры измеряют температуры от -30 до +600 С.

3. Манометрические термометры состоят из термобаллона 1, гибкого капилляра 2 и манометра 3. По используемому веществу термометры этого типа подразделяются на газовые, парожидкостные и жидкостные. Этими устройствами измеряются температуры от — 60 до + 600 С.

Термобаллон погружается в измеряемую среду. При повышении температуры внутри термобаллона поднимается давление, которое измеряется манометром. Шкала манометра размечена в единицах температуры.

Капилляр этого термометра позволяет установить манометр на расстояние до 40 м от термобаллона. Если требуется передача результатов измерений дальше 0 м, манометрические термометры снабжаются промежуточными преобразователями с унифицированными выходными пневматическими или электрическими сигналами.

Манометрические термометры обычно используются во взрывоопасных помещениях.

4. Термометры сопротивления — это первичные преобразователи, которые передают сигнал удобным для передачи способом — электрическим сопротивлением. Измеряется этот сигнал автоматическими уравновешенными мостами. Если нужно, выходной сигнал такого термометра может преобразовываться в унифицированный. Действие термометров этого типа основано на изменении телами электрического сопротивления при изменении температуры. У металлических термометров сопротивление по мере роста температуры увеличивается, у полупроводниковых – уменьшается.

Металлические термометры сопротивления производятся из тонкой медной или платиновой проволоки 1, помещённой в электроизоляционный корпус 2. Зависимость электрического сопротивления от температуры (для медных термометров от -50 до +180С, для платиновых — от -200 до +750 С ) стабильна и воспроизводима.

Читайте: Цам или алюминий: какие дверные ручки выбрать

5. жидкостный измеритель температуры состоит из трех деталей:

1 — металлический термопатрон;

3 — сильфонная камера.

Металлический термопатрон 1 и сильфонная камера 3 соединены металлическим гибким капилляром 2. Герметичная внутренняя полость в зависимости от диапазона измеряемых температур заполнена глицерином, ксилолом или ртутью. Термопатрон размещается в контролируемой среде.

При повышении температуры среды увеличивается объём наполнителя, он перетекает по капилляру в камеру сильфона, это вызывает смещение его торца. Перемещение пропорционально изменению температуры. Выходным сигналом датчика является перемещение штока 5, движимого торцом сильфона. При снижении температуры объём наполнителя уменьшается, и торец сильфона смещается в обратном направлении возвратной пружиной 4. Эти датчики подвержены влиянию температуры окружающей среды. Чем она больше, чем меньше разница температур окружающей и контролируемой сред.

6. Датчик с твёрдым наполнителем термометрической системы (объёмный) использует похожий на жидкостный принцип действия. Он состоит из жёстко закреплённого сильфона 1, внутренняя полость которого герметична и заполнена аморфным телом (как правило пчелиным воском). При изменении окружающий сильфон температуры среды наполнитель расширяется, вызывая перемещение торца сильфона. Для снижения тепловой инерционности датчика воск в нем смешивается с медными опилками.

7. Дилатометрический термодатчик состоит из:

В — свободный конец;

2 — поворотный рычаг;

Нижний конец трубки 4 соединен со стержнем 5, проходящим через трубку. Верхний конец 5 трубки впаян в резьбовой штуцер, на фланце которого закреплён поворотный рычаг 2, прижимаемый к стержню пружиной 1. Датчик устанавливается на трубопроводе или теплообменнике 3, а трубку 4 погружают в измеряемую среду. Трубка изготавливается из материала с намного большим коэффициентом линейного расширения, чем у материала стержня. Трубки производят из меди, латуни, стали, а стержни – из инвара (сплав кобальта, железа и хрома), обладающего коэффициентом линейного расширения в 5 раз меньше меди и в 2 раза меньше у стали.

Изменение температуры среды, окружающей трубку, вызывает перемещение верхнего конца стержня 5, которое приводит к развороту рычага 2 относительно опоры 0 и пропорциональному перемещению его свободного конца В. Расстояние последнего перемещения и является выходным сигналом датчика.

Значение выходного сигнала этих датчиков мало, а тепловая инерция значительна. Также стоит отметить низкую точность измерения данных измерительных приборов.

8. Биметаллический термодатчик использует аналогичный с дилатометром метод функционирования. Чувствительный элемент состоит из пружины 1, спаянной из двух пластин разнородных металлов. При колебании температуры длина пластин изменяется на разную величину, что влечет изгиб или скручивание спиральной пружины. Один конец пружины закреплён неподвижно, а перемещение свободного конца является выходным сигналом датчика.

9. Термоманометрические датчики конструктивно схожи с жидкостными. По наполнителям термоманометрические датчики подразделяют на:

Парожидкостный. В таком измерителе термопатрон заполняют примерно на 2/3 объёма жидкостью с температурой кипения ниже измеряемой, остальной объём занимают её пары. От диапазона измеряемых температур зависит используемая жидкость: хлорметил (от – 20 С до + 100 С), хлорэтил (от 0 до + 125 С), этиловый эфир (от 0 до + 150 С), ацетон (от 0 до 170 С), бензол (от 0 до + 200 С). Давление паров по капиллярной трубке дистанционно передаётся датчику давления. На показатели парожидкостных датчиков не воздействует изменение температуры окружающей среды.
Газовый датчик заполняется полностью азотом или гелием, и измеряет широкий диапазон температур (от – 130 до + 550 С). Однако данный датчик подвержен влиянию внешней температуры.

Общими недостатками датчиков этого вида являются их значительная тепловая инерционность, сложность ремонта при нарушении герметичности измерительной системы, ограниченное расстояние передачи выходного сигнала. Наиболее популярны измерительные устройства с терморезисторами и термоэлектрическими датчиками температур.

10. Терморезисторы используют принцип изменения активного сопротивления проводников и полупроводников при колебаниях их температуры. Диапазон температур, измеряемых терморезистором, составляет от – 50 до + 600 С. Монтируется такой датчик в герметичном корпусе для защиты от механических повреждений и воздействия агрессивной среды.

Терморезистор состоит из проволоки, намотанной на изоляционный каркас. В зависимости от диапазона измеряемой температуры применяют платиновую, медную или никелевую проволоку. На корпусах таких датчиков размещаются условные обозначения: платиновый – ТСП, медный — ТСМ, полупроводниковый — ММТ, КМТ, МКМТ и т. д.

Применение таких датчиков ограничивает их низкая стабильность.

11. Электроконтактный термометр состоит из следующих деталей:

1 — нижняя часть термометра;

2 — металлические контакты, впаянные в капилляр;

3 — зажимы, соединённые с контактами.

Электроконтактные термометры применяются для сигнализации и простейшего регулирования тепловых объектов. Столбик ртути представляет собой замыкающий контакт. Данные контроллеры выпускаются с несколькими постоянными контактами (термометры типа ТЭК) или с одним переменным контактом, который переустанавливается внутри капилляра при помощи специальной магнитной муфты (тип ТПК). Электроконтактные термометры применяются в цепях и постоянного, и переменного тока. Данные термометры бывают прямыми и угловыми.

12. Комбинированный датчик температуры и влажности обеспечивает точность измерения температуры ±2 градуса и влажности ±5 процентов. Некоторые модели комбинированных датчиков могут подключать параллельные устройства.

13. Цифровой датчик является оптимальным решением для работы с микроконтроллерами в стандартных условиях. В отличие от аналоговых, цифровые датчики могут работать в длинной проводной линии и передают более устойчивый к помехам сигнал.

Можно подключить одновременно несколько цифровых датчиков на линию для покрытия большей территории датчиками и считывая изменения температур на площади.

Датчики этого типа, работающие параллельно с другими, обеспечивают точность измерений до 0,5 градусов. Рабочий диапазон температур составляет от -55 до +125 С.

14. Главная деталь бесконтактного термодатчика — тончайшая плёнка, которая поглощает инфракрасное излучение и одновременно нагревается. Такие бесконтактные термодатчики используются в тепловизорах. В промышленности такие устройства способны обнаруживать тепловой объект на дистанции до 3 метров.

15. Кварцевые преобразователи — автогенераторные преобразователи с частотным выходом, применяющие в качестве чувствительного элемента пьезоэлектрический резонатор с сильной зависимостью частоты от температуры. Преимущество таких устройств — в их высокой чувствительности, большой стабильности и простоте применения. Сигнал от резонаторов можно обрабатывать в цифровой форме, что удешевляет контроль температуры.

При измерении температуры с помощью термочувствительных кварцевых резонаторов используется анизотропии кристалла кварца. Выбирая соответствующую ориентацию среза пьезоэлемента относительно кристаллографических осей, можно изменять его термочастотную характеристику (ТЧХ), которая является нелинейной функцией температуры.

16. Шумовые датчики. Метод использования данных датчиков базируется на зависимости шумовой разности потенциалов на резисторе от температуры. Для измерения температуры шумовыми датчиками сравниваются шумы двух идентичных резисторов. Один из них помещается в среду с известной температурой, другой – в среду с измеряемой температурой.

Диапазон температур, измеряемых этим типом датчиков, составляет от -270 до +1100 С. Основное достоинство шумовых датчиков – возможность измерения температуры в динамике. Однако их работа осложняется крайне малым напряжением шума, сравнимым с уровнем собственных шумов усилителя. Из-за этого напряжение шума крайне сложно замеряется.

17. Датчики температуры ЯКР (ядерного квадрупольного резонанса). Работа этих термометров основана на действия градиента поля тока решётки кристалла и момента ядра, который вызван отклонением заряда от симметрии сферы. Это создаёт процессию ядер. Частота зависит от градиента поля решётки и для разных веществ может достигать тысячи мегагерц.

Градиент зависит от температуры, с возрастанием которой частота ЯКР снижается. Конструктивно данные датчики представляют собой емкость с веществом, помещённую в обмотку индуктивности, соединённую с контуром генератора. Несмотря на значительную нелинейность преобразующей функции, термометры ЯКР обладают неограниченной по времени стабильностью.

Читайте: Правильная установка счетчика на холодную воду: пошаговое руководство

18. Объёмные. Их механизм функционирования основан на свойстве веществ расширяться и сжиматься при колебаниях температуры. Интервал измеряемых температур зависит от свойств материалов и составляет от -60 до +400 С. При работе с жидкостью интервал датчика зависит от температуры закипания и замерзания. Выпускаются маятниковые, комнатные, наружные датчики этого типа.

19. Канальный. Это все цифровые модели, использующие для передачи сигнала каналы. Канальность устройства зависит от количества задействованных «магистралей». Данные датчики делятся на:

пассивные — терморезистивный элемент, сопротивление которого изменяется под действием температуры. Производятся элементы как с положительной температурной зависимостью (PTC), сопротивление которых растет с увеличением температуры, так и элементы с отрицательной температурной зависимостью (NTC), сопротивление которых снижается при повышении температуры.
активные используют терморезистивный элемент, но при этом имеют встроенный электронный преобразователь, который преобразует резистивный сигнал в сигнал 0-10В или 4. 20 мА, пропорциональный определённому температурному диапазону. Для этих датчиков необходимо наличие электропитания 24В. Устройства могут переключаться между несколькими температурными диапазонами. Производятся также модификации активных датчиков с ЖК-дисплеем для отображения измеряемой температуры.

20. Полупроводниковые температурные датчики измеряют температуры от -55 до 150 С. В этот диапазон попадает огромное количество бытовых и производственных задач. Широкие диапазоны характеристик, простота применения и низкая стоимость полупроводниковых датчиков температуры сделали их привлекательными для применения в микропроцессорных устройствах измерения и автоматики.

Механизм действия полупроводникового термометра основан на зависимости от температуры падения напряжения на p-n переходе, смещённом в прямом направлении. Данная зависимость почти линейная, что позволяет создавать датчики без сложных схем коррекции. В качестве чувствительных элементов используются диоды или транзисторы, включенные по схеме диода. Для проведения измерений через чувствительный элемент должен протекать постоянный ток. Выходным сигналом является падение напряжения на датчике.

Сегодня выпускается множество моделей полупроводниковых датчиков, оснащенных дополнительными деталями, устраняющими недостатки и расширяющими функционал приборов.

Полупроводниковые датчики подразделяют на следующие виды:

— Аналоговые. Простые аналоговые полупроводниковые датчики максимально соответствуют концепции измерения температуры путем определения снижения напряжения на p-n переходе. Для устранения отрицательных явлений устройства используется специальная схема из двух чувствительных элементов (транзисторов) с различными характеристиками. Выходной сигнал формируется как разность падений напряжения на каждом чувствительном элементе. Повышение точности измерения осуществляется калибровкой датчика с использованием внешних цепей.

Для полупроводниковых моделей точность изменений колеблется от ±1С до ±3.5С. Наиболее точные модели редко обеспечивают точность выше ±0.5С. При этом данный параметр сильно зависит от температуры. В суженом диапазоне от -25 до 100 С точность в полтора раза выше, чем в полном диапазоне измерений -40С до +125С.

Большинство аналоговых датчиков температуры, также называемых интегральными датчиками, содержит три вывода и включается по схеме диода. Третий вывод обычно используется для калибровки. Выходной сигнал датчика — это напряжение, пропорциональное температуре.

— Цифровым Технология изготовления полупроводниковых термометров позволяет размещать их на кристаллах интегральных микросхем. Температурные датчики встречаются в составе микропроцессоров и микроконтроллеров, служебных мониторов микропроцессорных систем и в других измерительных устройствах. Используется и противоположный вариант — добавления различных элементов к датчикам. Например, в датчике температуры с цифровым выходом. В отличие от аналоговых моделей, эти устройства содержат встроенный АЦП и формирователь сигналов стандартного интерфейса. Наиболее распространены интерфейсы SPI, I2C и 1-Wire. Использование термометров с цифровым выходом упрощает схемотехнику измерительного устройства. Использование стандартных интерфейсов позволяет интегрировать датчики в различные системы управления или подключать несколько датчиков на одну шину.

21. Пирометрические (радиационные) датчики — разновидность бесконтактных температурных датчиков. Действие основано на зависимости температуры от количества теплового электромагнитного излучения, полученного от объекта измерения. Радиационные термометры широко используются во многих отраслях промышленности: металлургия, производстве стекла и керамики, полупроводников, пластика, бумаги и т.д.

Датчики этого типа подразделяются на:

Яркостные позволяют визуально определить температуру нагретого тела путём сравнения его цвета с цветом эталонной нити.
Радиационные. Оценивают температуру путем пересчитанного показателя мощности теплового излучения. Если пирометр измеряет в широкой полосе спектрального излучения, то такой пирометр называют пирометром полного излучения.
Цветовые (мультиспектральные, спектрального отношения) позволяют оценивать температуру объекта, на основе результатов сравнения его теплового излучения в различных спектрах.
Низкотемпературные показывают температуры объектов с отрицательными значениями.
Высокотемпературные оценивают температуру сильно нагретых тел, и обычно имеют сильное смещение в сторону верхнего предела измерения.
Переносные аппараты удобны в условиях, когда необходима высокая точность измерений, в совокупности с хорошей мобильностью. Например, для измерения температуры труднодоступных участков трубопроводов. Обычно оснащаются небольшим дисплеем, отображающим графическую или текстово-цифровую информацию.
Стационарные аппараты выдают более точные данные о температуре. Используются в крупной промышленности, для непрерывного контроля технологического процесса производства расплавов металлов и пластиков.

22. Терморезистивные основаны на пропуске через них электрического тока. Измеряемая температура преобразовывается в сопротивление со стабильной линейной зависимостью.

23. Термобиметаллические температурные датчики бывают трех видов: с плоским термобиметаллом, со спиралью и с фигурным термобиметаллом. Контроллеры этого типа состоят из:

3 — подвижный контакт;

4 — неподвижный контакт;

5 — нагревательная спираль.

В датчике изменяется форма биметаллической пластины при изменении температуры. Наибольшее распространение они получили как аварийные датчики перегрева двигателя, но и используются также со стрелочными приборами. В таком случае биметаллическая пластина соединяется бегунком переменного резистора. При изменении температуры пластина изменяет свою конфигурацию и перемещает бегунок по резистору, увеличивая или снижая сопротивление. Если датчик используется как аварийный, то есть включает лампу при перегреве двигателя, то биметаллическая пластина замыкает или размыкает контакты.

24. Оптический датчик состоит из трёх слоёв плёнок, нанесённых на концы оптоволоконного волновода со ступенчатым изменением показателя преломления. Первый слой формируется из кремния, второй из диоксида кремния. Третья пленка из железо-кремний-алюминиевого сплава наносится для защиты нижних слоёв от окисления. Подобные датчики применяются при температурах до 350С.

У волноводов с золотым покрытием рабочий диапазон увеличивается до 650С. Источниками излучения являются светоизлучающие диоды. Полученный сигнал анализируется спектрометром.

25. Акустические контроллеры состоят из трёх деталей: ультразвуковых передатчика, приёмника, и заполненной газом герметичной трубки. Передатчик и приёмник — это керамические пьезоэлектрические пластины, акустически не связанные с трубкой. В данной конструкции звук распространяется по большей части через газ внутри трубки. В качестве газа обычно используется сухой воздух.

Если объём и масса внутренней среды поддерживаются постоянными, можно обойтись без промежуточной трубки. При использовании данной трубки в конструкции ее необходимо защищать от механических деформаций и потери герметичности при воздействии очень высоких температур.

Эти датчики температуры используют принцип модуляции (зависимости) частоты электронных генераторов, построенных на основе времязадающих элементов поверхностных акустических волн (ПАВ). Датчики являются прямыми преобразователями температуры в частоту.

26. Пьезоэлектрические датчики температуры – приборы для бесконтактного измерения температуры тел. Принцип действия основан на работе кварцевого пьезорезонатора. При пьезоэлектрическом эффекте наблюдается зависимость частоты вибраций кварцевого кристалла от температуры. На основе этого явления функционируют пьезоэлектрические датчики температуры. Поскольку кварц является анизотропным материалом, резонансная частота пластины сильно зависит от угла среза кристалла (его кристаллографической ориентации).

В датчиках температуры этого типа проблематично обеспечить надежную тепловую связь кристалла с объектом измерения. Поэтому они обладают худшим быстродействием по сравнению с термисторами и термоэлектрическими детекторами.

О других датчиках читайте на сайте “Промышленная Автоматизация”.

Источник6: industriation.ru