เซ็นเซอร์อุณหภูมิ ส่วนที่สอง เทอร์มิสเตอร์

ส่วนแรกของบทความพูดคุยสั้น ๆ เกี่ยวกับ ประวัติของเครื่องชั่งอุณหภูมิต่างๆ และนักประดิษฐ์ Fahrenheit, Reaumur, Celsius และ Kelvin ตอนนี้คุณควรทำความคุ้นเคยกับเซ็นเซอร์อุณหภูมิหลักการของการทำงานอุปกรณ์สำหรับรับข้อมูลจากเซ็นเซอร์เหล่านี้

สัดส่วนของการวัดอุณหภูมิในการวัดทางเทคโนโลยี

ในการผลิตทางอุตสาหกรรมสมัยใหม่มีการวัดปริมาณทางกายภาพที่แตกต่างกันมากมาย ในจำนวนนี้อัตราการไหลของมวลและปริมาตรคือ 15% ระดับของเหลว 5% เวลาไม่เกิน 4% ความดันประมาณ 10% เป็นต้น แต่การวัดอุณหภูมิเกือบ 50% ของจำนวนการวัดทางเทคนิคทั้งหมด

เปอร์เซ็นต์ที่สูงเช่นนี้จะทำได้โดยจำนวนคะแนนการวัด ดังนั้นที่โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ขนาดกลางอุณหภูมิสามารถวัดได้ที่ประมาณ 1,500 จุดและที่โรงงานเคมีขนาดใหญ่มีจำนวนถึงสองหมื่นหรือมากกว่านั้น

ปริมาณดังกล่าวบ่งชี้ว่าไม่เพียง แต่เครื่องมือวัดที่หลากหลายและด้วยเหตุนี้ตัวแปลงสัญญาณหลักและเซนเซอร์วัดอุณหภูมิที่หลากหลาย แต่ยังเพิ่มความต้องการความแม่นยำความเร็วภูมิคุ้มกันเสียงและความน่าเชื่อถือของเครื่องมือวัดอุณหภูมิอย่างต่อเนื่อง

เซ็นเซอร์อุณหภูมิชนิดหลัก ๆ หลักการทำงาน

เซ็นเซอร์อุณหภูมิเกือบทั้งหมดที่ใช้ในการผลิตที่ทันสมัยใช้หลักการแปลงอุณหภูมิที่วัดได้เป็นสัญญาณไฟฟ้า การแปลงดังกล่าวขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่ามันเป็นไปได้ที่จะส่งสัญญาณไฟฟ้าที่ความเร็วสูงในระยะทางไกลในขณะที่ปริมาณทางกายภาพใด ๆ ที่สามารถแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้า แปลงเป็นรหัสดิจิตอลสัญญาณเหล่านี้สามารถส่งด้วยความแม่นยำสูงและป้อนสำหรับการประมวลผลลงในคอมพิวเตอร์

เทอร์โมคัปเปิลต้านทาน

พวกเขาจะเรียกว่า เทอร์มิสเตอร์. หลักการดำเนินงานของพวกเขาขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าตัวนำและเซมิคอนดักเตอร์ทั้งหมดมี ค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานอุณหภูมิ ย่อ TCS. นี่เป็นค่าประมาณใกล้เคียงกับสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนที่ทุกคนรู้จักเมื่อถูกความร้อนร่างกายจะขยายตัว

ควรสังเกตว่าโลหะทุกชนิดมีค่า TCS เป็นบวก กล่าวอีกนัยหนึ่งความต้านทานไฟฟ้าของตัวนำเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ที่นี่เราสามารถระลึกถึงความจริงที่ว่าหลอดไส้ร้อนมากที่สุดในขณะที่เปิดสวิตช์ในขณะที่ขดลวดเย็นและมีความต้านทานน้อย ดังนั้นกระแสที่เพิ่มขึ้นเมื่อเปิด อุปกรณ์กึ่งตัวนำมีค่าลบ TCS เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นความต้านทานจะลดลง แต่สิ่งนี้จะกล่าวถึงสูงขึ้นเล็กน้อย

เทอร์มิสเตอร์โลหะ

ดูเหมือนว่าเป็นไปได้ที่จะใช้ตัวนำเป็นวัสดุสำหรับเทอร์มิสเตอร์อย่างไรก็ตามมีข้อกำหนดจำนวนหนึ่งสำหรับเทอร์มิสเตอร์บอกว่านี่ไม่เป็นเช่นนั้น

ประการแรกวัสดุสำหรับการผลิตเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิควรมี TCS ขนาดใหญ่พอสมควรและการพึ่งพาความต้านทานต่ออุณหภูมิควรเป็นเชิงเส้นตรงในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง นอกจากนี้ตัวนำโลหะจะต้องเฉื่อยต่ออิทธิพลของสิ่งแวดล้อมและสร้างความมั่นใจในคุณสมบัติการทำซ้ำที่ดีซึ่งจะช่วยให้สามารถเปลี่ยนเซ็นเซอร์ได้โดยไม่ต้องหันไปปรับจูนอุปกรณ์วัดต่างๆโดยรวม

สำหรับคุณสมบัติเหล่านี้แพลทินัมเกือบจะสมบูรณ์แบบ (ยกเว้นราคาสูง) เช่นเดียวกับทองแดง เทอร์มิสเตอร์ดังกล่าวในคำอธิบายเรียกว่า copper (TCM-Cu) และ platinum (TSP-Pt)

เทอร์มิสเตอร์ TSP สามารถใช้ในช่วงอุณหภูมิ -260 - 1100 ° Cหากอุณหภูมิที่วัดได้อยู่ในช่วง 0 - 650 ° C เซ็นเซอร์ TSP สามารถใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงและอ้างอิงเนื่องจากความไม่แน่นอนของคุณลักษณะการสอบเทียบในช่วงนี้ไม่เกิน 0.001 ° C ข้อเสียของเทอร์มิสเตอร์ TSP คือค่าใช้จ่ายสูงและไม่เป็นเชิงเส้นของฟังก์ชันการแปลงในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง ดังนั้นการวัดอุณหภูมิที่แม่นยำจึงสามารถทำได้ในช่วงที่ระบุไว้ในข้อมูลทางเทคนิคเท่านั้น

เทอร์มิสเตอร์ทองแดงราคาถูกกว่าของแบรนด์ TSM การพึ่งพาความต้านทานต่ออุณหภูมิที่ค่อนข้างเป็นเชิงเส้นได้รับการปฏิบัติที่แพร่หลายมากขึ้น เนื่องจากการขาดตัวต้านทานทองแดงความต้านทานต่ำและความต้านทานไม่เพียงพอต่ออุณหภูมิสูง (ออกซิเดชันง่าย) สามารถนำมาพิจารณาได้ ดังนั้นเทอร์มิสเตอร์ทองแดงจึงมีข้อ จำกัด ในการวัดไม่เกิน 180 ° C

เส้นสองเส้นใช้สำหรับเชื่อมต่อเซ็นเซอร์เช่น TCM และ TSP หากระยะทางของเซ็นเซอร์จากอุปกรณ์ไม่เกิน 200m หากระยะนี้มากขึ้นจะใช้สายสื่อสารสามสายซึ่งใช้สายที่สามเพื่อชดเชยความต้านทานของสายตะกั่ว วิธีการเชื่อมต่อดังกล่าวแสดงรายละเอียดในคำอธิบายทางเทคนิคของอุปกรณ์ที่ติดตั้งเซ็นเซอร์ TCM หรือ TSP

ข้อเสียของเซ็นเซอร์ที่พิจารณาคือความเร็วต่ำ: ความเฉื่อยทางความร้อน (ค่าคงที่เวลา) ของเซ็นเซอร์ดังกล่าวมีตั้งแต่สิบวินาทีถึงหลายนาที จริงแล้วเทอร์มิสเตอร์ความเฉื่อยต่ำก็ผลิตเช่นกันค่าคงที่เวลาที่ไม่เกินสิบในหนึ่งวินาทีซึ่งทำได้เนื่องจากขนาดเล็ก เทอร์มิสเตอร์ชนิดนี้ทำจาก microwire ขึ้นรูปในเปลือกแก้ว พวกเขามีความมั่นคงสูงปิดผนึกและความเฉื่อยต่ำ นอกจากนี้ด้วยขนาดที่เล็กพวกมันสามารถต้านทานได้ถึงหลายสิบกิโลโอห์ม

เซมิคอนดักเตอร์เทอร์มิสเตอร์

พวกเขามักจะเรียกว่า เทอร์มิสเตอร์. เมื่อเปรียบเทียบกับทองแดงและทองคำขาวพวกเขามีความไวสูงและลบ TCS นี่แสดงว่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นความต้านทานจะลดลง เทอร์มิสเตอร์ TCS นั้นมีขนาดสูงกว่าทองแดงและแพลตตินัม ด้วยขนาดที่เล็กมากความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์สามารถเข้าถึงสูงถึง 1 MΩซึ่งกำจัดอิทธิพลของผลการวัดความต้านทานของสายเชื่อมต่อ

ในการวัดอุณหภูมิที่ใช้กันอย่างแพร่หลายคือเทอร์มิสเตอร์เซมิคอนดักเตอร์ของแบรนด์ KMT (ขึ้นอยู่กับออกไซด์ของแมงกานีสและโคบอลต์) เช่นเดียวกับ MMT (ออกไซด์ของแมงกานีสและทองแดง) ฟังก์ชั่นการแปลงของเทอร์มิสเตอร์เป็นแบบเชิงเส้นในช่วงอุณหภูมิ -100 - 200 ° C ความน่าเชื่อถือของเทอร์มิสเตอร์เซมิคอนดักเตอร์สูงมากลักษณะมีความเสถียรเป็นเวลานาน

ข้อเสียเปรียบเพียงอย่างเดียวคือในการผลิตจำนวนมากมันเป็นไปไม่ได้ที่จะทำซ้ำลักษณะที่จำเป็นด้วยความแม่นยำเพียงพอ อินสแตนซ์หนึ่งนั้นมีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญจากที่อื่นในลักษณะเดียวกับทรานซิสเตอร์: ดูเหมือนว่าจะมาจากแพคเกจเดียวกัน แต่การได้รับแตกต่างกันสำหรับทุกคนคุณจะไม่พบสองคนเดียวกัน การกระจายพารามิเตอร์ดังกล่าวนำไปสู่ความจริงที่ว่าเมื่อเปลี่ยนเทอร์มิสเตอร์คุณจำเป็นต้องปรับอุปกรณ์อีกครั้ง

บ่อยครั้งที่วงจรสะพานถูกใช้เพื่อให้พลังงานแก่ตัวแปลงความร้อนที่ต้านทานซึ่งสะพานนั้นมีความสมดุลโดยใช้โพเทนชิออมิเตอร์ เมื่อความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์เปลี่ยนแปลงเนื่องจากอุณหภูมิสะพานสามารถปรับสมดุลได้โดยการหมุนโพเทนชิออมิเตอร์เท่านั้น

รูปแบบที่คล้ายกันพร้อมกับการปรับด้วยตนเองถูกนำมาใช้เป็นการสาธิตในห้องปฏิบัติการทางการศึกษา เครื่องยนต์โพเทนชิออมิเตอร์มีการสอบเทียบเครื่องชั่งโดยตรงในหน่วยของอุณหภูมิ แน่นอนในวงจรการวัดจริงทุกอย่างทำโดยอัตโนมัติ

ส่วนถัดไปของบทความนี้จะพูดถึงการใช้เทอร์โมคับเปิลและเทอร์โมมิเตอร์สำหรับวัดการขยายตัวทางกล - เซ็นเซอร์อุณหภูมิ เทอร์โม

Boris Aladyshkin e.imadeself.com

ระบบอัตโนมัติในบ้าน

วิศวกรรมไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์เชิงปฏิบัติ