A különböző hőmérséklet-érzékelők előnyei és hátrányai

Számos technológiai folyamatban az egyik legfontosabb fizikai mennyiség a hőmérséklet. Az iparban hőmérséklet-érzékelőket használnak mérésre. Ezek az érzékelők a hőmérsékleti információkat elektromos jellé alakítják, amelyet az elektronika és az automatizálás feldolgoz és értelmez. Ennek eredményeként a hőmérséklet értéke vagy egyszerűen megjelenik a kijelzőn, vagy alapul szolgál az egyik vagy másik berendezés üzemmódjának automatikus megváltoztatásához.

Így vagy úgy, a hőmérséklet-érzékelők ma már nélkülözhetetlenek, különösen az iparban. És fontos, hogy a célnak megfelelő érzékelőt válasszuk ki, világosan megértve a különböző típusú hőmérséklet-érzékelők megkülönböztető jellemzőit. Erről később beszélünk.

Különböző érzékelők különböző célokra

Technológiailag a hőmérséklet-érzékelőket két nagy csoportra osztják: érintkező és nem érintkező. Az érintésmentes érzékelők a mérés elvét alkalmazzák munkájuk során infravörös paraméterektávoli felszínről jön.

A szélesebb körben forgalmazott kontaktérzékelők viszont abban különböznek egymástól, hogy érzékelőelemük a hőmérséklet mérése során közvetlenül érintkezik azzal a felülettel vagy közeggel, amelynek hőmérsékletét mérni kell. Így a legcélravezetőbb lesz az érintkező érzékelők részletes vizsgálata, típusaik, jellemzőik összehasonlítása, a különböző típusú hőmérséklet érzékelők előnyeinek és hátrányainak értékelése.

A hőmérséklet-érzékelő kiválasztásakor először meg kell határozni, hogyan kell mérni a hőmérsékletet. Az infravörös szenzor képes lesz a hőmérsékletet a felülettől távolabb mérni, ezért alapvető fontosságú, hogy az érzékelő és a felület között, amelyre irányítani fogja, a légkör a lehető legátlátszóbb és tisztább legyen, ellenkező esetben a hőmérséklet az adatok torzak lesznek ( nézd - Érintésmentes hőmérsékletmérés a berendezés működése közben).

Az érintkezőszenzor lehetővé teszi a közvetlenül a felület vagy a vele érintkező környezet hőmérsékletének mérését, így a környező légkör tisztasága általában nem fontos. Itt döntő fontosságú a közvetlen és jó minőségű kapcsolat az érzékelő és a vizsgált anyag között.

Az érintkezőszondát többféle technológia egyikével lehet gyártani: termisztor, ellenálláshőmérő vagy hőelem. Mindegyik technológiának megvannak a maga előnyei és hátrányai.

A termisztor nagyon érzékeny, ára a hőelemek és az ellenálláshőmérők között középen van, de pontosságban és linearitásban nem tér el.

A hőelem drágább, gyorsabban reagál a hőmérséklet-változásokra, a mérések lineárisabbak lesznek, mint a termisztoré, de a pontosság és az érzékenység nem nagy.

Az ellenálláshőmérő a legpontosabb a három közül, lineáris, de kevésbé érzékeny, bár árban olcsóbb, mint a hőelem.

Ezenkívül az érzékelő kiválasztásakor ügyelni kell a mért hőmérsékleti tartományra, hőelemeknél és ellenálláshőmérőknél ez a használt érzékeny elem anyagától függ. Tehát valami kompromisszumot kell találnia.

Hőelem

Hőmérséklet érzékelők hőelem munkájának köszönhetően Seebekov-effektus… Két különböző fémből készült huzal van forrasztva az egyik végén – ez a hőelem úgynevezett forró csomópontja, amely ki van téve a mért hőmérsékletnek. A vezetékek másik oldalán a végük hőmérséklete nem változik, erre a helyre érzékeny voltmérő van csatlakoztatva.

A voltmérővel mért feszültség a forró csomópont és a voltmérőhöz csatlakoztatott vezetékek közötti hőmérséklet-különbségtől függ. A hőelemek különböznek a forró csomópontjukat alkotó fémekben, ami meghatározza egy adott hőelem-érzékelő mért hőmérsékleti tartományát.

Az alábbiakban egy táblázat található a különböző típusú érzékelőkről. Az érzékelő típusát a kívánt hőmérsékleti tartománytól és a környezet jellegétől függően választjuk ki.

Az E típusú érzékelők oxidáló vagy inert környezetben történő használatra alkalmasak. J típus – vákuumban, inert vagy redukáló környezetben való működéshez. K típus – oxidáló vagy semleges környezetre alkalmas. N típus — hosszabb élettartammal rendelkezik a K típushoz képest.

A T típusú érzékelők korrózióállóak, így nedves oxidáló, redukáló, inert környezetben, valamint vákuumban is használhatók. R (ipari) és S (laboratóriumi) - típusok - magas hőmérsékletű érzékelők, amelyeket speciális kerámia szigetelőkkel vagy nem fém csövekkel kell védeni. A B típus még magasabb hőmérsékletű, mint az R és S típusok.

A hőelemes érzékelők előnyei a működési paramétereik stabilitása magas hőmérsékleten és a relatív reakciósebesség a forró csatlakozási hőmérséklet változásaira. Az ilyen típusú érzékelők a rendelkezésre álló átmérők széles választékában kaphatók. Alacsony áruk van.

Ami a hátrányokat illeti, a hőelemeket alacsony pontosság jellemzi, rendkívül alacsony a mért feszültségük, ráadásul ezek az érzékelők mindig kompenzációs áramkört igényelnek.

Ellenállás hőmérők

Ellenállás hőmérő vagy a reosztát hőmérséklet-érzékelő rövidítése RTD. Azon az elven működik, hogy megváltoztatja a fém ellenállását a hőmérséklet változásától függően. Felhasznált fémek: platina (-200 °C-tól +600 °C-ig), nikkel (-60 °C-tól +180 °C-ig), réz (-190 °C-tól +150 °C-ig), volfrám (-100 °C-ig) °C-tól +1400 °C-ig) — a kívánt mért hőmérséklet-tartománytól függően.

Más fémeknél gyakrabban használják a platinát az ellenálláshőmérőkben, ami meglehetősen széles hőmérsékleti tartományt biztosít, és lehetővé teszi a különböző érzékenységű érzékelők kiválasztását. Tehát a Pt100 érzékelő ellenállása 0 °C-on 100 Ohm, a Pt1000 érzékelőé pedig 1 kOhm ugyanazon a hőmérsékleten, vagyis érzékenyebb, és lehetővé teszi a hőmérséklet pontosabb mérését.

A hőelemhez képest az ellenálláshőmérő nagyobb pontosságú, paraméterei stabilabbak, a mért hőmérsékletek tartománya szélesebb. Az érzékenység azonban kisebb és a válaszidő hosszabb, mint a hőelemeké.

Termisztorok

Egy másik típusú érintkezési hőmérséklet érzékelő - termisztorok… Fémoxidokat használnak, amelyek a hőmérséklettől függően jelentősen megváltoztathatják ellenállásukat. A termisztorok két típusból állnak: PTC – PTC és NTC – NTC.

Az elsőben az ellenállás növekszik a hőmérséklet emelkedésével egy bizonyos működési tartományban, a másodikban a hőmérséklet emelkedésével az ellenállás csökken. A termisztorokat a hőmérséklet-változásokra való gyorsabb reagálás és az alacsony költség jellemzi, de meglehetősen törékenyek és szűk az üzemi hőmérséklet-tartományuk, mint az azonos ellenállású hőmérők és hőelemek.

Infravörös érzékelők

Ahogy a cikk elején említettük, az infravörös érzékelők egy távoli felület – egy cél – által kibocsátott infravörös sugárzást értelmezik. Előnyük, hogy a hőmérsékletmérés érintésmentesen történik, vagyis nem kell az érzékelőt szorosan a tárgyhoz nyomni, vagy a környezetbe meríteni.

Nagyon gyorsan reagálnak a hőmérséklet változásaira, ezért alkalmasak akár mozgó tárgyak felületének vizsgálatára, például szállítószalagon Csak infravörös szenzorok segítségével lehet mérni pl. közvetlenül a sütőben vagy bármely agresszív zónában.

Az infravörös szenzorok hátrányai közé tartozik a hőkibocsátó felület állapotára való érzékenység, valamint a saját optikájuk tisztasága és a szenzor és a célpont közötti út légköre. A por és a füst nagymértékben megzavarja a pontos mérést.