kategória: Najlepšie články » Domáca automatizácia
Počet zobrazení: 96658
Komentáre k článku: 2
Snímače teploty. Druhá časť termistory
O prvej časti článku sa stručne hovorilo história rôznych teplotných stupníc a ich vynálezcovia Fahrenheit, Reaumur, Celzia a Kelvin. Teraz sa oplatí zoznámiť sa s teplotnými senzormi, zásadami ich činnosti, zariadeniami na príjem údajov z týchto senzorov.
Podiel merania teploty v technologických meraniach
V modernej priemyselnej výrobe sa meria veľa rôznych fyzikálnych veličín. Z nich je hmotnostný a objemový prietok 15%, hladina tekutín 5%, čas nie viac ako 4%, tlak je asi 10% a tak ďalej. Meranie teploty je však takmer 50% z celkového počtu technických meraní.
Takéto vysoké percento sa dosiahne počtom meracích bodov. Takže v stredne veľkej jadrovej elektrárni môže byť teplota meraná približne na 1 500 bodoch a vo veľkej chemickej elektrárni toto číslo dosahuje dvadsať alebo viac tisíc.
Takéto množstvo indikuje nielen širokú škálu meracích prístrojov a v dôsledku toho množstvo primárnych prevodníkov a snímačov teploty, ale tiež neustále zvyšujúce sa nároky na presnosť, rýchlosť, odolnosť voči šumu a spoľahlivosť prístrojov na meranie teploty.
Hlavné typy snímačov teploty, princíp činnosti
Takmer všetky teplotné senzory používané v modernej výrobe používajú princíp prevodu nameranej teploty na elektrické signály. Takáto konverzia je založená na skutočnosti, že je možné vysielať elektrický signál vysokou rýchlosťou na veľké vzdialenosti, zatiaľ čo akékoľvek fyzikálne veličiny sa môžu prevádzať na elektrické signály. Prevedené na digitálny kód, tieto signály môžu byť prenášané s vysokou presnosťou a tiež zadávané na spracovanie do počítača.
Odporové termočlánky
Nazývajú sa tiež termistory, Ich princíp činnosti spočíva v tom, že všetky vodiče a polovodiče majú Koeficient odolnosti voči teplotám skrátene TCS, Je to približne rovnaké ako súčiniteľ tepelnej rozťažnosti, ktorý je každému známy: pri zahrievaní sa telá rozširujú.
Je potrebné poznamenať, že všetky kovy majú pozitívny TCS. Inými slovami, elektrický odpor vodiča sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou. Tu si môžeme pripomenúť skutočnosť, že žiarovky horia najčastejšie v okamihu zapnutia, zatiaľ čo cievka je studená a jej odpor je malý. Preto je pri zapnutí zvýšený prúd. Polovodiče majú negatívny TCS, so zvyšujúcou sa teplotou klesá ich odpor, ale bude o tom diskutovaná o niečo vyššia.
Kovové termistory
Zdá sa, že je možné použiť akýkoľvek vodič ako materiál pre termistory, avšak množstvo požiadaviek na termistory hovorí, že to tak nie je.
Po prvé, materiál na výrobu teplotných snímačov by mal mať dostatočne veľký TCS a závislosť odporu od teploty by mala byť dosť široká v širokom rozsahu teplôt. Kovový vodič musí byť navyše inertný voči vplyvom prostredia a musí zabezpečovať dobrú reprodukovateľnosť vlastností, čo umožní výmenu senzorov bez toho, aby sa uchyľovalo k rôznemu doladeniu meracieho zariadenia ako celku.
Pre všetky tieto vlastnosti je platina takmer ideálna (okrem vysokej ceny), rovnako ako meď. Takéto termistory v popisoch sa nazývajú meď (TCM-Cu) a platina (TSP-Pt).
Termistory TSP je možné používať v teplotnom rozmedzí -260 - 1100 ° C.Ak je nameraná teplota v rozsahu 0 - 650 ° C, potom možno použiť TSP senzory ako referenčné a referenčné, pretože nestabilita kalibračnej charakteristiky v tomto rozsahu nepresahuje 0,001 ° C. Nevýhodou termistorov TSP je vysoká cena a nelinearita konverznej funkcie v širokom teplotnom rozsahu. Preto je presné meranie teploty možné iba v rozsahu uvedenom v technických údajoch.
Lacnejšie medené termistory značky TSM, závislosť odporu od teploty, pri ktorej je pomerne lineárna, získali rozšírenejšiu prax. Za nedostatok medených odporov možno považovať nízku rezistenciu a nedostatočnú odolnosť voči vysokým teplotám (ľahká oxidácia). Preto medené termistory majú merací limit nie viac ako 180 ° C.
Na pripojenie snímačov, ako sú TCM a TSP, sa používa dvojvodičové vedenie, ak vzdialenosť snímača od zariadenia nepresahuje 200 metrov. Ak je táto vzdialenosť väčšia, použije sa trojvodičová komunikačná linka, v ktorej sa tretí vodič použije na kompenzáciu odporu zvodových drôtov. Takéto spôsoby pripojenia sú podrobne znázornené v technických popisoch zariadení, ktoré sú vybavené snímačmi TCM alebo TSP.
Nevýhody uvažovaných senzorov sú ich nízka rýchlosť: tepelná zotrvačnosť (časová konštanta) takýchto senzorov sa pohybuje od desiatok sekúnd do niekoľkých minút. Vyrábajú sa tiež termistory s nízkou zotrvačnosťou, ktorých časová konštanta nie je viac ako desatiny sekundy, čo sa dosahuje vďaka ich malým rozmerom. Takéto termistory sú vyrobené z tvarovaného mikrodrôtu v sklenenom obale. Sú vysoko stabilné, utesnené a majú nízku zotrvačnosť. Okrem toho majú pri malých rozmeroch odpor až niekoľko desiatok kilo-ohmov.
Polovodičové termistory
Často sa volajú termistory, V porovnaní s meďou a platinou majú vyššiu citlivosť a negatívny TCS. To naznačuje, že so zvyšujúcou sa teplotou klesá ich odpor. Termistory TCS sú rádovo vyššie ako ich náprotivky z medi a platiny. Pri veľmi malých rozmeroch môže odpor termistorov dosiahnuť až 1 MΩ, čo vylučuje vplyv odporu spojovacích vodičov na výsledok merania.
Na meranie teploty sa najčastejšie používajú polovodičové termistory značky KMT (založené na oxidoch mangánu a kobaltu), ako aj MMT (oxidy mangánu a medi). Konverzná funkcia termistorov je v rozmedzí teplôt -100 - 200 ° C pomerne lineárna, spoľahlivosť polovodičových termistorov je veľmi vysoká, charakteristiky sú stabilné po dlhú dobu.
Jedinou nevýhodou je, že pri hromadnej výrobe nie je možné s dostatočnou presnosťou reprodukovať potrebné charakteristiky. Jedna inštancia sa výrazne líši od druhej, rovnako ako tranzistory: zdá sa, že pochádza z rovnakého balíka, ale zisk je pre každého iný, nenájdete dva rovnaké. Takýto rozptyl parametrov vedie k tomu, že pri výmene termistora je potrebné zariadenie znova upraviť.
Mostový obvod sa najčastejšie používa na napájanie odporových tepelných prevodníkov, v ktorých je most vyvážený pomocou potenciometra. Keď sa odpor termistora zmení v dôsledku teploty, most môže byť vyvážený iba otočením potenciometra.
Podobná schéma s manuálnym nastavením sa používa ako demonštrácia vo vzdelávacích laboratóriách. Potenciometer má stupnicu kalibrovanú priamo v jednotkách teploty. V skutočných meracích obvodoch sa všetko samozrejme robí automaticky.
Ďalšia časť článku bude hovoriť o používaní termočlánkov a mechanických expanzných teplomerov - Snímače teploty. termoelektrické články
Boris Aladyshkin, electro-sk.tomathouse.com
Pozri tiež na electro-sk.tomathouse.com
: