Įvairių temperatūros jutiklių privalumai ir trūkumai
Daugelyje technologinių procesų vienas svarbiausių fizikinių dydžių yra temperatūra. Pramonėje matavimui naudojami temperatūros jutikliai. Šie jutikliai temperatūros informaciją paverčia elektriniu signalu, kurį vėliau apdoroja ir interpretuoja elektronika ir automatika. Dėl to temperatūros reikšmė arba tiesiog rodoma ekrane, arba yra pagrindas automatiškai keisti vienos ar kitos įrangos veikimo režimą.
Vienaip ar kitaip, temperatūros jutikliai šiandien yra nepamainomi, ypač pramonėje. Ir svarbu pasirinkti tinkamą jutiklį pagal savo paskirtį, aiškiai suvokiant skirtingų tipų temperatūros jutiklių ypatybes. Apie tai pakalbėsime vėliau.
Skirtingi jutikliai skirtingiems tikslams
Technologiškai temperatūros jutikliai skirstomi į dvi dideles grupes: kontaktinius ir nekontaktinius. Nekontaktiniai jutikliai savo darbe naudoja matavimo principą infraraudonųjų spindulių parametraikilęs iš tolimo paviršiaus.
Kita vertus, kontaktiniai jutikliai rinkoje plačiau skiriasi tuo, kad jų jutiklio elementas temperatūros matavimo procese tiesiogiai liečiasi su paviršiumi ar terpe, kurios temperatūrą reikia matuoti. Taigi tikslingiausia bus detaliai išnagrinėti kontaktinius jutiklius, palyginti jų tipus, charakteristikas, įvertinti skirtingų temperatūros daviklių tipų privalumus ir trūkumus.
Renkantis temperatūros jutiklį, pirmiausia reikia nustatyti, kaip reikės matuoti temperatūrą. Infraraudonųjų spindulių jutiklis galės matuoti temperatūrą atstumu nuo paviršiaus, todėl labai svarbu, kad tarp jutiklio ir paviršiaus, į kurį jis bus nukreiptas, atmosfera būtų kuo skaidresnė ir švaresnė, kitaip temperatūra duomenys bus iškraipyti (žiūrėkite - Nekontaktinis temperatūros matavimas įrangos veikimo metu).
Kontaktinis jutiklis leis tiesiogiai matuoti paviršiaus arba aplinkos, su kuria jis liečiasi, temperatūrą, todėl supančios atmosferos švara paprastai nėra svarbi. Čia itin svarbus tiesioginis ir kokybiškas jutiklio ir tiriamosios medžiagos kontaktas.
Kontaktinis zondas gali būti pagamintas naudojant vieną iš kelių technologijų: termistorių, varžos termometrą arba termoporą. Kiekviena technologija turi savo privalumų ir trūkumų.
Termistorius labai jautrus, jo kaina yra per vidurį tarp termoporų ir varžos termometrų, tačiau tikslumu ir tiesiškumu nesiskiria.
Termoelementas yra brangesnis, greičiau reaguoja į temperatūros pokyčius, matavimai bus tiesiškesni nei termistoriaus, tačiau tikslumas ir jautrumas nėra didelis.
Atsparumo termometras yra tiksliausias iš trijų, jis yra tiesinis, bet mažiau jautrus, nors kaina yra pigesnis už termoporą.
Be to, renkantis jutiklį reikėtų atkreipti dėmesį į išmatuojamų temperatūrų diapazoną, termoporoms ir varžos termometrams tai priklauso nuo naudojamo jautraus elemento medžiagos. Taigi jūs turite rasti kompromisą.
Termopora
Temperatūros jutikliai termopora dirbti dėka Seebekovo efektas… Viename gale sulituoti du skirtingų metalų laidai – tai vadinamoji karštoji termoporos jungtis, kuri veikiama išmatuotos temperatūros. Priešingoje laidų pusėje jų galų temperatūra nesikeičia, šioje vietoje prijungtas jautrus voltmetras.
Voltmetru išmatuota įtampa priklauso nuo temperatūrų skirtumo tarp karštos jungties ir prie voltmetro prijungtų laidų. Termoporos skiriasi metalais, kurie sudaro jų karštąsias jungtis, o tai lemia konkretaus termoporos jutiklio išmatuotų temperatūrų diapazoną.
Žemiau yra įvairių šios veislės jutiklių tipų lentelė. Jutiklio tipas parenkamas atsižvelgiant į reikiamą temperatūros diapazoną ir aplinkos pobūdį.
E tipo jutikliai tinka naudoti oksiduojančioje arba inertinėje aplinkoje. J tipas – skirtas darbui vakuume, inertinėje arba redukcinėje aplinkoje. K tipas – tinka oksiduojančiai arba neutraliai aplinkai. N tipas – turi ilgesnį tarnavimo laiką, palyginti su K tipu.
T tipo jutikliai yra atsparūs korozijai, todėl gali būti naudojami drėgnoje oksiduojančioje, redukuojančioje, inertinėje aplinkoje, taip pat vakuume. R (pramoninis) ir S (laboratorinis) – tipai – tai aukštos temperatūros jutikliai, kurie turi būti apsaugoti specialiais keraminiais izoliatoriais arba nemetaliniais vamzdeliais. B tipo temperatūra yra net aukštesnė nei R ir S tipų.
Termoporos jutiklių privalumai yra jų veikimo parametrų stabilumas esant aukštai temperatūrai ir santykinis reakcijos į karštos sandūros temperatūros pokyčius greitis. Šio tipo jutikliai pateikiami įvairių skersmenų. Jie turi mažą kainą.
Kalbant apie trūkumus, termoporos pasižymi mažu tikslumu, turi itin žemą išmatuotą įtampą, be to, šiems jutikliams visada reikalingos kompensacinės grandinės.
Atsparumo termometrai
Atsparumo termometras arba reostato temperatūros jutiklis yra sutrumpintas kaip RTD. Jis veikia metalo atsparumo keitimo, priklausomai nuo jo temperatūros pokyčio, principu. Naudojami metalai: platina (nuo -200 °C iki +600 °C), nikelis (nuo -60 °C iki +180 °C), varis (nuo -190 °C iki +150 °C), volframas (nuo -100 °C). ° C iki +1400 ° C) - priklausomai nuo reikiamo išmatuoto temperatūros diapazono.
Dažniau nei kiti metalai varžos termometruose naudojama platina, kuri suteikia gana platų temperatūros diapazoną ir leidžia pasirinkti skirtingo jautrumo jutiklius. Taigi, jutiklio Pt100 varža 0 °C temperatūroje yra 100 omų, o jutiklio Pt1000 - 1 kOhm esant tokiai pat temperatūrai, tai yra, jis yra jautresnis ir leidžia tiksliau matuoti temperatūrą.
Palyginti su termopora, varžos termometro tikslumas yra didesnis, jo parametrai yra stabilesni, o matuojamų temperatūrų diapazonas yra platesnis. Tačiau jautrumas yra mažesnis, o atsako laikas ilgesnis nei termoporų.
Termistoriai
Kitas kontaktinių temperatūros jutiklių tipas - termistoriai… Jie naudoja metalų oksidus, kurie gali žymiai pakeisti jų atsparumą priklausomai nuo temperatūros. Termistoriai yra dviejų tipų: PTC – PTC ir NTC – NTC.
Pirmajame atsparumas didėja didėjant temperatūrai tam tikrame veikimo diapazone, antrajame, kylant temperatūrai, varža mažėja. Termistoriai pasižymi greitesniu reagavimu į temperatūros pokyčius ir mažomis sąnaudomis, tačiau jie yra gana trapūs ir turi siaurą darbinės temperatūros diapazoną nei tų pačių varžų termometrai ir termoporos.
Infraraudonųjų spindulių jutikliai
Kaip minėta straipsnio pradžioje, infraraudonųjų spindulių jutikliai interpretuoja infraraudonąją spinduliuotę, kurią skleidžia tolimas paviršius – taikinys. Jų privalumas yra tai, kad temperatūros matavimas atliekamas nekontaktiniu būdu, tai yra, nereikia stipriai prispausti jutiklio prie objekto ar panardinti į aplinką.
Jie labai greitai reaguoja į temperatūros pokyčius, todėl pritaikomi tiriant net judančių objektų paviršius, pavyzdžiui, ant konvejerio.Tik infraraudonųjų spindulių jutiklių pagalba galima išmatuoti mėginių, esančių pvz. tiesiai orkaitėje arba bet kurioje agresyvioje zonoje.
Infraraudonųjų spindulių jutiklių trūkumai yra jų jautrumas šilumą skleidžiančio paviršiaus būklei, taip pat jų pačių optikos švara ir atmosfera kelyje tarp jutiklio ir taikinio. Dulkės ir dūmai labai trukdo atlikti tikslius matavimus.