Výhody a nevýhody rôznych snímačov teploty

V mnohých technologických procesoch je jednou z najdôležitejších fyzikálnych veličín teplota. V priemysle sa na meranie používajú snímače teploty. Tieto senzory premieňajú informácie o teplote na elektrický signál, ktorý je následne spracovaný a interpretovaný elektronikou a automatizáciou. Výsledkom je, že hodnota teploty sa buď jednoducho zobrazí na displeji, alebo slúži ako základ pre automatickú zmenu prevádzkového režimu jedného alebo druhého zariadenia.

Tak či onak, snímače teploty sú dnes nepostrádateľné najmä v priemysle. A je dôležité vybrať ten správny snímač pre váš účel, jasne pochopiť charakteristické znaky rôznych typov snímačov teploty. O tom si povieme neskôr.

Rôzne senzory na rôzne účely

Technologicky sú snímače teploty rozdelené do dvoch veľkých skupín: kontaktné a bezkontaktné. Bezdotykové snímače využívajú pri svojej práci princíp merania infračervené parametreprichádzajúce zo vzdialeného povrchu.

Na druhej strane kontaktné snímače, ktoré sú na trhu širšie, sa líšia tým, že ich snímačový prvok je v procese merania teploty v priamom kontakte s povrchom alebo médiom, ktorého teplota sa má merať. Preto bude nanajvýš účelné detailne preskúmať kontaktné snímače, porovnať ich typy, charakteristiky, zhodnotiť výhody a nevýhody rôznych typov snímačov teploty.

Pri výbere snímača teploty je potrebné najskôr určiť, ako bude potrebné merať teplotu. Infračervený senzor bude schopný merať teplotu vo vzdialenosti od povrchu, preto je zásadne dôležité, aby medzi senzorom a povrchom, na ktorý bude nasmerovaný, bola atmosféra čo najpriehľadnejšia a najčistejšia, inak teplota údaje budú skreslené (pozri - Bezdotykové meranie teploty počas prevádzky zariadenia).

Kontaktný senzor vám umožní priamo merať teplotu povrchu alebo prostredia, s ktorým je v kontakte, takže čistota okolitej atmosféry vo všeobecnosti nie je dôležitá. Tu je rozhodujúci priamy a kvalitný kontakt medzi snímačom a testovaným materiálom.

Kontaktná sonda môže byť vyrobená jednou z niekoľkých technológií: termistor, odporový teplomer alebo termočlánok. Každá technológia má svoje výhody a nevýhody.

Termistor je veľmi citlivý, jeho cena sa pohybuje v strede medzi termočlánkami a odporovými teplomermi, ale nelíši sa presnosťou a linearitou.

Termočlánok je drahší, rýchlejšie reaguje na zmeny teploty, merania budú lineárnejšie ako termistor, ale presnosť a citlivosť nie sú vysoké.

Odporový teplomer je z troch najpresnejší, je lineárny, ale menej citlivý, aj keď je cenovo lacnejší ako termočlánok.

Pri výbere snímača si navyše treba dať pozor na rozsah nameraných teplôt, pri termočlánkoch a odporových teplomeroch záleží na materiáli použitého citlivého prvku. Takže musíte nájsť nejaký kompromis.

Termočlánok

Snímače teploty termočlánok pracovať vďaka Seebekov efekt… Na jednom konci sú prispájkované dva drôty z rôznych kovov – ide o takzvaný horúci spoj termočlánku, ktorý je vystavený nameranej teplote. Na opačnej strane vodičov sa teplota ich koncov nemení, v tomto mieste je pripojený citlivý voltmeter.

Napätie namerané voltmetrom závisí od teplotného rozdielu medzi horúcim spojom a vodičmi pripojenými k voltmetru. Termočlánky sa líšia v kovoch, ktoré tvoria ich horúce spoje, čo určuje rozsah nameraných teplôt pre konkrétny termočlánkový snímač.

Nižšie je uvedená tabuľka rôznych typov snímačov tejto odrody. Typ snímača sa volí v závislosti od požadovaného teplotného rozsahu a charakteru prostredia.

Senzory typu E sú vhodné na použitie v oxidačnom alebo inertnom prostredí. Typ J – pre prevádzku vo vákuu, inertnom alebo redukčnom prostredí. Typ K — vhodný do oxidačného alebo neutrálneho prostredia. Typ N — má dlhšiu životnosť v porovnaní s typom K.

Snímače typu T sú odolné voči korózii, preto ich možno použiť vo vlhkom oxidačnom, redukčnom, inertnom prostredí, ako aj vo vákuu. Typy R (priemyselné) a S (laboratórne) sú vysokoteplotné snímače, ktoré musia byť chránené špeciálnymi keramickými izolátormi alebo nekovovými hadicami. Typ B má dokonca vyššiu teplotu ako typy R a S.

Výhodou termočlánkových snímačov je stabilita ich prevádzkových parametrov pri vysokých teplotách a relatívna rýchlosť odozvy na zmeny teploty horúceho spoja. Snímače tohto typu sú prezentované v širokej škále dostupných priemerov. Majú nízku cenu.

Čo sa týka nevýhod, termočlánky sa vyznačujú nízkou presnosťou, majú extrémne nízke merané napätie a navyše tieto snímače vždy vyžadujú kompenzačné obvody.

Odporové teplomery

Odporový teplomer alebo snímač teploty reostatu sa označuje skratkou RTD. Funguje na princípe zmeny odporu kovu v závislosti od zmeny jeho teploty. Použité kovy: platina (od -200 °C do +600 °C), nikel (od -60 °C do +180 °C), meď (od -190 °C do +150 °C), volfrám (od -100 °C až +1400 °C) — v závislosti od požadovaného rozsahu meraných teplôt.

Častejšie ako iné kovy sa v odporových teplomeroch používa platina, ktorá poskytuje pomerne široký teplotný rozsah a umožňuje výber snímačov s rôznou citlivosťou. Takže snímač Pt100 má odpor 100 Ohm pri 0 ° C a snímač Pt1000 má pri rovnakej teplote 1 kOhm, to znamená, že je citlivejší a umožňuje presnejšie merať teplotu.

V porovnaní s termočlánkom má odporový teplomer vyššiu presnosť, jeho parametre sú stabilnejšie a rozsah meraných teplôt je širší. Citlivosť je však nižšia a doba odozvy dlhšia ako pri termočlánkoch.

Termistory

Iný typ kontaktných snímačov teploty — termistory… Používajú oxidy kovov, ktoré dokážu výrazne zmeniť svoj odpor v závislosti od teploty. Termistory sú dvoch typov: PTC — PTC a NTC — NTC.

V prvom sa odpor zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou v určitom prevádzkovom rozsahu, v druhom so zvyšujúcou sa teplotou odpor klesá. Termistory sa vyznačujú rýchlejšou odozvou na zmeny teploty a nízkou cenou, ale sú dosť krehké a majú úzky rozsah prevádzkových teplôt ako rovnaké odporové teplomery a termočlánky.

Infračervené senzory

Ako už bolo spomenuté na začiatku článku, infračervené senzory interpretujú infračervené žiarenie vyžarované vzdialeným povrchom – cieľom. Ich výhodou je, že meranie teploty prebieha bezdotykovo, to znamená, že snímač nie je potrebné tesne pritláčať k predmetu alebo ho ponoriť do okolia.

Veľmi rýchlo reagujú na zmeny teploty, preto sú použiteľné na skúmanie povrchov aj pohybujúcich sa predmetov, napríklad na dopravníku.Len pomocou infračervených senzorov je možné merať teplotu vzoriek umiestnených napr. priamo v peci alebo v akejkoľvek agresívnej zóne.

K nevýhodám infračervených senzorov patrí ich citlivosť na stav povrchu vyžarujúceho teplo, ako aj na čistotu vlastnej optiky a atmosféry v dráhe medzi senzorom a cieľom. Prach a dym značne narúšajú presné merania.