Типы датчиков температуры, их применение и калибровка

Представьте себе сценарий в точном химическом производстве, где небольшое отклонение температуры может сделать всю партию продукта непригодной. Рассмотрим критическую необходимость поддержания стабильной температуры при транспортировке вакцин в медицинских холодильных цепях. Решение этих задач точного измерения температуры заключается в термодатчиках. В этой статье рассматриваются принципы работы, распространенные типы, области применения и методы калибровки этих важных инструментов измерения температуры.

Термодатчик - это устройство, предназначенное для измерения температуры твердых тел, жидкостей или газов. По сравнению с традиционными термометрами, термодатчики обычно обеспечивают более высокую точность, более быстрое время отклика, лучшую повторяемость и повышенную долговечность. Их разнообразные конструкции позволяют адаптировать их к различным областям применения, от лабораторных исследований до промышленных систем управления и мониторинга окружающей среды.

Термодатчики работают, обнаруживая характерные изменения в объектах или средах, с которыми они контактируют. Эти изменения, которые коррелируют с изменениями температуры, могут включать электрическое сопротивление, напряжение или инфракрасное излучение. Чувствительные элементы внутри датчиков состоят из чувствительных к температуре материалов, таких как полупроводники или керамика. В зависимости от методов обнаружения, термодатчики делятся на две основные категории:

Они требуют прямого физического контакта с измеряемым объектом, передавая тепло через проводимость к чувствительному элементу. Распространенные типы включают:

• Термопары
• Термометры сопротивления (RTD)
• Термисторы с отрицательным температурным коэффициентом (NTC)

Они используют инфракрасное излучение для измерения температуры без физического контакта, что делает их идеальными для объектов с высокой температурой или труднодоступных поверхностей, таких как движущиеся компоненты или коррозионные вещества.

Независимо от типа, все термодатчики преобразуют обнаруженные сигналы в электрические выходы, которые подключенные считывающие устройства преобразуют в измерения температуры.

RTD измеряют температуру посредством предсказуемых изменений сопротивления металла. Обычно изготавливаемые из платины, никеля или медной проволоки, платиновые RTD доминируют в промышленных применениях благодаря своей исключительной точности, стабильности и линейности.

Преимущества:

• Превосходная точность по сравнению с термопарами и термисторами
• Отличная долговременная стабильность с минимальным дрейфом
• Линейная зависимость сопротивления от температуры упрощает обработку данных
• Последовательная повторяемость между измерениями

Ограничения:

• Относительно медленное время отклика для быстро меняющихся температур
• Более высокая стоимость по сравнению с другими вариантами
• Требуется внешний источник питания

Применения: Управление технологическими процессами, мониторинг температуры, эталоны калибровки, лабораторные исследования

Эти полупроводниковые устройства демонстрируют уменьшение сопротивления с повышением температуры. Их высокая чувствительность, быстрое реагирование и низкая стоимость делают их популярными в бытовой электронике, медицинских устройствах и автомобильных системах.

Преимущества:

• Исключительная чувствительность к незначительным изменениям температуры
• Быстрое реагирование, подходящее для динамических измерений
• Экономичное решение

Ограничения:

• Нелинейная зависимость сопротивления от температуры, требующая калибровки
• Потенциальные проблемы со стабильностью со временем
• Ограниченный рабочий диапазон температур

Применения: Температурная компенсация, системы управления, измерительные приборы, защита от перегрева

Работая по эффекту Зеебека, термопары генерируют напряжение из разницы температур между двумя разнородными металлическими соединениями. Их простая конструкция сочетает в себе два металлических провода - измерительное (горячее) соединение и опорное (холодное) соединение.

Преимущества:

• Самый широкий диапазон температур
• Прочная конструкция для сложных условий
• Быстрое реагирование на колебания температуры
• Экономичное решение

Ограничения:

• Более низкая точность по сравнению с RTD
• Требуется компенсация холодного спая
• Небольшое выходное напряжение требует усиления

Применения: Управление промышленными процессами, измерения высоких температур, мониторинг выхлопных газов двигателя, процессы термообработки

Регулярная калибровка обеспечивает точность и надежность измерений. Процесс включает в себя сравнение показаний датчика с известными эталонами и внесение необходимых корректировок для поддержания приемлемых допусков.

Основные методы калибровки:

Этот метод сравнивает показания датчика с эталонными стандартами при различных температурах. Расхождения вызывают корректировки, пока показания не попадут в приемлемые диапазоны.

Датчики погружаются в контролируемую среду, такую как температурные ванны, где стабильные температуры позволяют сравнивать показания датчика и ванны, с последующей необходимой корректировкой.

Частота калибровки зависит от требований применения и стабильности датчика. Рутинный осмотр и техническое обслуживание дополняют калибровку для обеспечения оптимальной производительности и раннего обнаружения проблем.