Hvad er de almindeligt anvendte typer temperaturfølere

Temperatursensorer er vigtige værktøjer i moderne teknik, videnskabelig forskning og hverdagsliv. De lader dig holde øje med og kontrollere termiske forhold i en lang række indstillinger. Termoelementer, modstandstemperaturdetektorer (RTD'er), termistorer (NTC- og PTC-versioner) og integrerede kredsløb (IC) temperatursensorer er de mest populære typer. Termoelementer og RTD'er er den mest almindelige type sensorer, der bruges på fabrikker, fordi de er pålidelige, fleksible og kan arbejde i barske miljøer. Hver type sensor arbejder efter forskellige principper, hvilket betyder, at de har forskellige fordele med hensyn til temperaturområde, nøjagtighed, responstid, omkostninger og tilpasningsevne til forskellige miljøer. Dette lader ingeniører vælge den bedste løsning til en given situation, såsom processtyring, HVAC-systemer, medicinsk udstyr, bilapplikationer og IoT-enheder.




Termoelementer



Termoelementer virker på grund af Seebeck-effekten (termoelektrisk effekt), som opstår, når to forskellige metalledere forbindes i den ene ende for at danne en måleforbindelse. En mindre elektromotorisk kraft (spænding) skabes, når der er en temperaturforskel mellem det varme (måle) kryds og det kølige (reference) kryds. Denne spænding er direkte relateret til forskellen. Det er muligt at finde den nøjagtige temperatur ved at måle denne spænding og foretage de rigtige justeringer for temperaturen i referenceforbindelsen.



Termoelementer kan måle et meget bredt temperaturområde, fra så lavt som -200 grader til langt over 2000 grader afhængigt af de anvendte materialer. Dette gør dem perfekte til meget varme eller meget kolde steder. De har et enkelt, stærkt design, der gør dem meget holdbare og i stand til at modstå stød, vibrationer og barske situationer. Termoelementer er også billige, behøver ikke en ekstern strømkilde for at virke og har hurtige termiske responstider, hvilket er vigtigt i processer, der ændrer sig hurtigt. Men deres udgangssignal er ret lille (normalt i mikrovolt-området), så de har brug for forstærkningskredsløb, og de har brug for justering af kolde kryds for at forblive nøjagtige. Nogle almindelige kategorier er:



Type K (nikkel-chrom/nikkel-silicium): Den mest almindelige type, den fungerer godt fra -200 grader til +1260 grader og er rimeligt prissat og modstandsdygtig over for oxidation.



Type J (jern/kobber-nikkel): Fungerer godt ved lavere temperaturer, op til ca. 750 grader , og er almindeligt anvendt til at reducere atmosfærer.



Type S (platin-rhodium/platin): Dette er en ædelmetaltype, der bruges i høj-præcision, høj-temperaturapplikationer, der går op til 1600 grader eller mere. Det bruges i ovne og fly.



Termoelementer er meget vigtige i industrier, der arbejder med høje temperaturer, såsom metallurgi (stålsmeltning), kemisk behandling, elproduktion (kedler og turbiner) og glasfremstilling.







II. Modstandstemperaturdetektorer (RTD'er)



RTD'er afhænger af, at den elektriske modstand af rene metaller, som platin, ændres på en forudsigelig måde, når temperaturen ændres. Modstanden stiger i en lige linje, når temperaturen stiger, efter regler som Callendar-Van Dusen-ligningen. Pt100-sensoren (100 ohm ved 0 grader) og Pt1000 er de to mest almindelige typer.



RTD'er er fantastiske, fordi de er meget nøjagtige (normalt ±0,1 grad eller bedre), stabile over tid og har en lineær respons på tværs af en lang række temperaturer (normalt -200 grader til +660 grader, men nogle designs kan gå meget højere). På grund af dette er de bedre til opgaver, der kræver meget nøjagtighed, såsom kalibrering af laboratorier, forarbejdning af fødevarer, fremstilling af lægemidler og styring af HVAC-systemer. Deres hovedproblemer er, at de er længere tid om at reagere, fordi de har mere termisk masse, de koster mere end termoelementer, og de har brug for en ekstern excitationsstrøm (konstant strømkilde) for at måle modstand uden at begå fejl fra selv-opvarmning. Det er et stort plus at bruge opsætninger med tre- eller fire ledere, fordi de kompenserer for ledningsmodstanden og i høj grad forbedrer systemets samlede nøjagtighed, især over lange afstande.







III. Termistorer



Termistorer er sensorer lavet af halvledere, der ændrer deres modstand meget, når temperaturen ændres. De er opdelt i NTC (negativ temperaturkoefficient, hvilket betyder, at modstanden falder, når temperaturen stiger) og PTC (positiv temperaturkoefficient, hvilket betyder, at modstanden går hurtigt op over et vist punkt).



NTC-termistorer er ekstremt følsomme (langt mere end RTD'er eller termoelementer), reagerer hurtigt, er små og er billige. De fungerer godt i intervallet -50 til +150 grader Celsius (med nogle udvidede versioner). De bruges meget i batteristyringssystemer, bilklimakontrol, husholdningsapparater (såsom køleskabe og ovne) og forbrugerelektronik. Hovedproblemet er, at deres modstands-temperaturkurve er ret ikke-lineær, hvilket betyder, at du skal bruge matematik- eller opslagstabeller for at få nøjagtige aflæsninger. De har også problemer med udskiftelighed, hvis de ikke er kalibreret. PTC-termistorer bruges på den anden side mest til over{10}}forhindring af temperatur, begrænsning af startstrøm og selvregulerende varmeelementer i stedet for nøjagtig kontinuerlig måling.







IV. Temperatursensorer til integrerede kredsløb (IC'er) IC-sensorer kombinerer sensorelementet, signalbehandlingen og nogle gange analog-til-digital konvertering til én siliciumchip. De kan sende enten analog spænding (såsom 10 mV/grad) eller digitale signaler gennem protokoller som I²C, SPI eller 1-Wire. Nogle velkendte mærker er LM35-, DS18B20- og TMP-enheder.



De har en lav fejlrate (±0,5 grader normalt), reagerer hurtigt, har brug for få eksterne dele og er nemme at forbinde til mikrocontrollere. Dette gør dem perfekte til indlejrede systemer, forbrugerelektronik, IoT-noder, pc'er og bærbare enheder. Temperaturområdet på -55 til +150 grader Celsius begrænser deres brug på meget varme eller meget kolde steder, men deres brugervenlighed og evne til at arbejde med andre enheder kompenserer for dette i mange nuværende applikationer.







V. Andre typer af kosttilskud Ud over hovedkontaktsensorerne er der en række specialvalg, der opfylder specifikke formål.



Infrarøde (ikke-kontakt) temperatursensorer kan måle temperaturen uden at røre ved genstanden, da de kan se varmestråling, der kommer fra den. De er gode til at overvåge høje temperaturer (såsom smeltede metaller), bevægelige mål eller farlige steder. Du kan finde dem i medicinske øretermometre, industrielle pyrometre og fødevaresikkerhedstjek.



Bimetalliske termometre bruger den forskellige termiske udvidelse af to bundne metaller til at flytte en viser. Dette giver en enkel, pålidelig læsning uden behov for strøm. De fungerer godt med enkle hjemmetermostater, ovne og industrielle målere, der ikke er særlig nøjagtige.



Fiberoptiske temperatursensorer er immune over for elektromagnetisk interferens, modstandsdygtige over for korrosion og i stand til at registrere over store afstande, fordi de bruger optiske funktioner som fluorescenshenfald eller interferometri. De er meget vigtige på steder som-højspændingstransformatorstationer, transformere, MRI-maskiner og steder, hvor der er eksplosiver eller nukleart materiale til stede.



Kort sagt, mens du vælger en temperatursensor, skal du tænke på ting som hvor nøjagtig den skal være, hvor bredt temperaturområdet er, hvor hurtigt den skal reagere, hvor meget den koster, hvor hård den skal være i miljøet, og hvor nem den er at installere. Termoelementer er det bedste valg til industrielle operationer med meget høje-temperaturer, RTD'er er de mest nøjagtige i kontrollerede miljøer, termistorer er det bedste valg til mellemområder til en lav pris, og IC-sensorer gør det nemt at forbinde elektronik digitalt. Infrarød og fiberoptik er to eksempler på andre typer, der gør det muligt at dække alle brancher, også dem, der ikke kan nås via direkte berøring eller EMI.