Thể loại: Bài viết nổi bật » Tự động hóa nhà
Số lượt xem: 96658
Bình luận về bài viết: 2
Cảm biến nhiệt độ. Phần thứ hai Bình giữ nhiệt
Phần đầu tiên của bài viết nói ngắn gọn về lịch sử của các thang nhiệt độ khác nhau và các nhà phát minh của họ Fahrenheit, Reaumur, Celsius và Kelvin. Bây giờ, nó đáng để làm quen với các cảm biến nhiệt độ, các nguyên tắc hoạt động của chúng, các thiết bị để nhận dữ liệu từ các cảm biến này.
Tỷ lệ đo nhiệt độ trong đo lường công nghệ
Trong sản xuất công nghiệp hiện đại, nhiều đại lượng vật lý khác nhau được đo lường. Trong đó, tốc độ dòng chảy khối lượng và khối lượng là 15%, mức chất lỏng là 5%, thời gian không quá 4%, áp suất khoảng 10%, v.v. Nhưng đo nhiệt độ gần bằng 50% tổng số phép đo kỹ thuật.
Tỷ lệ phần trăm cao như vậy đạt được bằng số điểm đo. Vì vậy, ở kích thước trung bình của một nhà máy điện hạt nhân, nhiệt độ có thể được đo ở khoảng 1.500 điểm, và tại một nhà máy hóa chất lớn, con số này lên tới hai mươi hoặc hơn ngàn.
Số lượng như vậy cho thấy không chỉ có nhiều loại dụng cụ đo và do đó, vô số các đầu dò chính và cảm biến nhiệt độ, mà còn không ngừng tăng nhu cầu về độ chính xác, tốc độ, khả năng chống ồn và độ tin cậy của các thiết bị đo nhiệt độ.
Các loại cảm biến nhiệt độ chính, nguyên lý hoạt động
Hầu như tất cả các cảm biến nhiệt độ được sử dụng trong sản xuất hiện đại đều sử dụng nguyên tắc chuyển đổi nhiệt độ đo được thành tín hiệu điện. Việc chuyển đổi như vậy dựa trên thực tế là có thể truyền tín hiệu điện ở tốc độ cao trên một khoảng cách dài, trong khi bất kỳ đại lượng vật lý nào cũng có thể được chuyển đổi thành tín hiệu điện. Chuyển đổi thành mã kỹ thuật số, các tín hiệu này có thể được truyền với độ chính xác cao và cũng được nhập để xử lý vào máy tính.
Cặp nhiệt điện trở
Họ cũng được gọi là nhiệt điện. Nguyên lý hoạt động của họ dựa trên thực tế là tất cả các dây dẫn và chất bán dẫn đều có Hệ số kháng nhiệt độ viết tắt Tks. Điều này gần giống với hệ số giãn nở nhiệt được mọi người biết đến: khi được làm nóng, cơ thể giãn nở.
Cần lưu ý rằng tất cả các kim loại có TCS dương. Nói cách khác, điện trở của dây dẫn tăng khi nhiệt độ tăng. Ở đây chúng ta có thể nhớ lại thực tế là bóng đèn sợi đốt cháy thường xuyên nhất tại thời điểm bật, trong khi cuộn dây lạnh và điện trở của nó nhỏ. Do đó dòng điện tăng khi bật. Chất bán dẫn có TCS âm, với nhiệt độ tăng, điện trở của chúng giảm, nhưng điều này sẽ được thảo luận cao hơn một chút.
Nhiệt kim loại
Dường như có thể sử dụng bất kỳ dây dẫn nào làm vật liệu cho nhiệt điện trở, tuy nhiên, một số yêu cầu đối với nhiệt điện trở nói rằng điều này không phải như vậy.
Trước hết, vật liệu để sản xuất cảm biến nhiệt độ phải có TCS đủ lớn và sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ nên khá tuyến tính trong phạm vi nhiệt độ rộng. Ngoài ra, dây dẫn kim loại phải trơ với các tác động của môi trường và đảm bảo khả năng tái tạo tốt các tính chất, cho phép thay thế các cảm biến mà không cần dùng đến toàn bộ thiết bị đo khác nhau.
Đối với tất cả các tính chất này, bạch kim gần như lý tưởng (ngoại trừ giá cao), cũng như đồng. Các nhiệt điện như vậy trong các mô tả được gọi là đồng (TCM-Cu) và bạch kim (TSP-Pt).
TSP nhiệt có thể được sử dụng trong phạm vi nhiệt độ -260 - 1100 ° C.Nếu nhiệt độ đo được nằm trong khoảng 0 - 650 ° C, thì các cảm biến TSP có thể được sử dụng làm tham chiếu và tham chiếu, vì độ không ổn định của đặc tính hiệu chuẩn trong phạm vi này không vượt quá 0,001 ° C. Nhược điểm của nhiệt điện TSP là chi phí cao và phi tuyến tính của hàm chuyển đổi trong phạm vi nhiệt độ rộng. Do đó, đo nhiệt độ chính xác chỉ có thể trong phạm vi được chỉ ra trong dữ liệu kỹ thuật.
Nhiệt điện đồng rẻ hơn của thương hiệu TSM, sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ khá tuyến tính, đã đạt được thực tiễn rộng rãi hơn. Vì thiếu điện trở đồng, điện trở suất thấp và không đủ sức chống chịu với nhiệt độ cao (quá trình oxy hóa dễ dàng) có thể được xem xét. Do đó, nhiệt điện đồng có giới hạn đo không quá 180 ° C.
Một đường dây hai dây được sử dụng để kết nối các cảm biến như TCM và TSP, nếu khoảng cách của cảm biến từ thiết bị không vượt quá 200m. Nếu khoảng cách này lớn hơn, thì một đường truyền thông ba dây được sử dụng, trong đó dây thứ ba được sử dụng để bù cho điện trở của dây dẫn. Các phương thức kết nối như vậy được thể hiện chi tiết trong các mô tả kỹ thuật của các thiết bị được trang bị cảm biến TCM hoặc TSP.
Nhược điểm của các cảm biến được xem xét là tốc độ thấp: quán tính nhiệt (hằng số thời gian) của các cảm biến như vậy dao động từ hàng chục giây đến vài phút. Đúng, nhiệt điện quán tính thấp cũng được sản xuất, hằng số thời gian không quá một phần mười giây, đạt được do kích thước nhỏ của chúng. Nhiệt điện như vậy được làm bằng microwire đúc trong vỏ thủy tinh. Chúng có độ ổn định cao, kín và quán tính thấp. Ngoài ra, với kích thước nhỏ, chúng có sức đề kháng lên tới vài chục kilo-ohms.
Nhiệt điện bán dẫn
Họ cũng thường được gọi là nhiệt điện. So với đồng và bạch kim, chúng có độ nhạy và TCS âm cao hơn. Điều này cho thấy rằng với nhiệt độ tăng, sức đề kháng của họ giảm. Nhiệt điện TCS là một thứ tự cường độ cao hơn so với các đối tác đồng và bạch kim của chúng. Với kích thước rất nhỏ, điện trở của nhiệt điện trở có thể đạt tới 1 MΩ, giúp loại bỏ ảnh hưởng đến kết quả đo của điện trở của dây kết nối.
Để đo nhiệt độ, được sử dụng rộng rãi nhất là nhiệt điện bán dẫn KMT (dựa trên các oxit của mangan và coban), cũng như MMT (oxit của mangan và đồng). Chức năng chuyển đổi của thermistors khá tuyến tính trong khoảng nhiệt độ -100 - 200 ° C, độ tin cậy của thermistors bán dẫn rất cao, đặc tính ổn định trong một thời gian dài.
Hạn chế duy nhất là trong sản xuất hàng loạt, không thể tái tạo các đặc tính cần thiết với độ chính xác đủ. Một trường hợp khác biệt đáng kể so với trường hợp khác, theo cách tương tự như bóng bán dẫn: có vẻ như là từ cùng một gói, nhưng mức tăng khác nhau đối với mọi người, bạn đã giành được một trong hai cái giống nhau. Sự phân tán các thông số như vậy dẫn đến thực tế là khi thay thế một nhiệt điện trở, cần phải điều chỉnh lại thiết bị.
Thông thường, một mạch cầu được sử dụng để cấp nguồn cho các bộ biến đổi nhiệt điện trở, trong đó cây cầu được cân bằng sử dụng một chiết áp. Khi điện trở của nhiệt điện trở thay đổi do nhiệt độ, cây cầu chỉ có thể được cân bằng bằng cách xoay chiết áp.
Một kế hoạch tương tự với điều chỉnh thủ công được sử dụng như một minh chứng trong các phòng thí nghiệm giáo dục. Động cơ chiết áp có một thang đo được hiệu chỉnh trực tiếp theo đơn vị nhiệt độ. Trong các mạch đo thực, tất nhiên, mọi thứ được thực hiện tự động.
Phần tiếp theo của bài viết sẽ nói về việc sử dụng cặp nhiệt điện và nhiệt kế giãn nở cơ học - Cảm biến nhiệt độ. Cặp nhiệt điện
Boris Aladyshkin, điện cực.com
Xem thêm tại electro-vi.tomathouse.com
: