חיישני טמפרטורה. חלק שני תרמיסטורים

החלק הראשון של המאמר דיבר בקצרה היסטוריה של מאזני טמפרטורה שונים והממציאים שלהם פרנהייט, רייאמור, צלזיוס וקלווין. עכשיו כדאי להכיר חיישני טמפרטורה, עקרונות פעולתם, מכשירים לקבלת נתונים מחיישנים אלה.

חלק מדידת הטמפרטורה במדידות טכנולוגיות

בייצור תעשייתי מודרני נמדדים כמויות פיזיות רבות ושונות. מתוכם, קצב זרימת המסה והנפח הוא 15%, רמת הנוזלים היא 5%, הזמן אינו עולה על 4%, הלחץ הוא כ -10% וכן הלאה. אולם מדידת הטמפרטורה היא כמעט 50% מכלל המדידות הטכניות.

אחוז כה גבוה מושג על ידי מספר נקודות המדידה. אז בגודל ממוצע של תחנת כוח גרעינית ניתן למדוד את הטמפרטורה בכ -1,500 נקודות, ובמפעל כימי גדול מספר זה מגיע לעשרים אלף ויותר.

כמות כזו מעידה לא רק על מגוון רחב של מכשירי מדידה, וכתוצאה מכך, על ריבוי מתמרים ראשוניים וחיישני טמפרטורה, אלא גם מגבירה כל הזמן את הדרישות לרמת הדיוק, המהירות, חסינות הרעש והאמינות של מכשירי המדידה לטמפרטורה.

הסוגים העיקריים של חיישני טמפרטורה, עקרון הפעולה

כמעט כל חיישני הטמפרטורה המשמשים בייצור מודרני משתמשים בעקרון המרת הטמפרטורה המדודה לאותות חשמליים. המרה כזו מבוססת על העובדה שניתן להעביר אות חשמלי במהירות גבוהה על פני מרחקים ארוכים, ואילו כל כמויות פיזיות ניתנות להמרה לאותות חשמליים. המרה לקוד דיגיטלי, ניתן להעביר אותות אלה ברמת דיוק גבוהה, ולהיכנס גם לעיבוד למחשב.

צמידים תרמיים התנגדות

הם נקראים גם תרמיסטורים. עיקרון הפעולה שלהם מבוסס על העובדה שיש לכל המוליכים והמוליכים למחצה מקדם התנגדות לטמפרטורה מקוצר טקסים. זה בערך כמו מקדם ההתפשטות התרמית המוכר לכולם: כאשר מחוממים הגופים מתרחבים.

יש לציין כי לכל המתכות TCS חיובי. במילים אחרות, ההתנגדות החשמלית של המוליך עולה עם עליית הטמפרטורה. כאן נזכיר את העובדה שנורות ליבון שורפות לרוב ברגע ההפעלה, בעוד הסליל קר והתנגדותו קטנה. מכאן הזרם המוגבר כאשר מופעל. למוליכים למחצה יש TCS שלילי, עם עליית הטמפרטורה, ההתנגדות שלהם יורדת, אבל זה יידון מעט יותר גבוה.

תרמיסטורים מתכתיים

נראה כי ניתן להשתמש במוליך כלשהו כחומר לטרמיסטורים, אולם מספר דרישות לגבי תרמיסטורים אומרים שזה לא כך.

ראשית, החומר לייצור חיישני טמפרטורה צריך להיות בעל TCS גדול מספיק, והתלות של ההתנגדות בטמפרטורה צריכה להיות ליניארית למדי בטווח טמפרטורות רחב. בנוסף, על מוליך המתכת להיות אינטרטיבי להשפעות סביבתיות ולספק לשחזור טוב של תכונות, אשר יאפשרו החלפת חיישנים מבלי להיזקק לכוונון עדין שונה של מכשיר המדידה בכללותו.

עבור כל המאפיינים הללו פלטינה כמעט אידיאלית (למעט המחיר הגבוה), כמו גם נחושת. תרמיסטורים כאלה בתיאורים נקראים נחושת (TCM-Cu) ופלטינה (TSP-Pt).

ניתן להשתמש בתרמיסטורים TSP בטווח הטמפרטורות -260 - 1100 מעלות צלזיוס.אם הטמפרטורה הנמדדת היא בטווח 0 - 650 מעלות צלזיוס, אז ניתן להשתמש בחיישני TSP כהפניה והתייחסות, מאחר וחוסר היציבות של מאפיין הכיול בתחום זה אינו עולה על 0.001 מעלות צלזיוס. החסרונות של תרמיסטורים TSP הם העלות הגבוהה והלא ליניאריות של פונקציית ההמרה בטווח טמפרטורות רחב. לכן מדידת טמפרטורה מדויקת אפשרית רק בטווח המצוין בנתונים הטכניים.

תרמיסטורי נחושת זולים יותר של המותג TSM, התלות בהתנגדות בטמפרטורה אשר ליניארית למדי, זכו לפיתוח נרחב יותר. כחוסר בנגדי נחושת, ניתן לשקול התנגדות נמוכה ואי עמידות מספקת לטמפרטורות גבוהות (חמצון קל). לפיכך, תרמוסטורי נחושת הם בעלי מגבלת מדידה של לא יותר מ- 180 ° C.

קו שני חוטים משמש לחיבור חיישנים כמו TCM ו- TSP, אם מרחק החיישן מהמכשיר אינו עולה על 200 מ '. אם המרחק הזה גדול יותר, משתמשים בקו תקשורת בן שלושה חוטים, בו משתמשים בחוט השלישי כדי לפצות על ההתנגדות של חוטי העופרת. שיטות חיבור כאלה מוצגות בפירוט בתיאורים הטכניים של מכשירים המצוידים בחיישני TCM או TSP.

החסרונות של החיישנים הנחשבים הם המהירות הנמוכה שלהם: אינרציה תרמית (קבועה בזמן) של חיישנים כאלה נעה בין עשרות שניות למספר דקות. נכון, מיוצרים גם תרמיסטורים בעלי אינרציה נמוכה, אשר קבוע הזמן שלהם אינו עולה על עשיריות שנייה, אשר מושג בגלל הממדים הקטנים שלהם. תרמיסטורים כאלה עשויים ממיקרוגל יצוק במעטפת זכוכית. הם יציבים מאוד, אטומים ונמצאים באינרציה. בנוסף, בממדים קטנים יש להם התנגדות של כמה עשרות קילוגרם אוהם.

מוליכים למחצה מוליכים למחצה

הם נקראים לעתים קרובות תרמיסטורים. בהשוואה לנחושת ופלטינה, יש להם רגישות גבוהה יותר ו- TCS שלילי. זה מרמז שעם עליית הטמפרטורה ההתנגדות שלהם יורדת. תרמיסטורים TCS הם בסדר גודל גבוה יותר מאשר עמיתיהם הנחושת והפלטינה. עם ממדים קטנים מאוד, ההתנגדות של תרמיסטורים יכולה להגיע עד 1 MΩ, מה שמבטל את ההשפעה על תוצאת המדידה של ההתנגדות של חוטי החיבור.

כדי למדוד טמפרטורה, הנפוצים ביותר הם תרמיסטורים מוליכים למחצה KMT (המבוססים על תחמוצות של מנגן וקובלט), כמו גם MMT (תחמוצות של מנגן ונחושת). פונקציית ההמרה של התרמיסטורים היא ליניארית למדי בטווח הטמפרטורות של -100 - 200 מעלות צלזיוס, האמינות של תרמיסטורים מוליכים למחצה היא גבוהה מאוד, המאפיינים יציבים לאורך זמן.

החיסרון היחיד הוא שבייצור המוני לא ניתן לשחזר את המאפיינים הדרושים בדיוק מספיק. מופע אחד שונה משמעותית מהשני, בדומה לא פחות מטרנזיסטורים: נראה שהוא מאותה חבילה, אך הרווח שונה עבור כולם, לא ניתן למצוא שני זהים מתוך מאה. פיזור פרמטרים כזה מוביל לעובדה שכאשר מחליפים תרמיסטור, יש צורך להתאים את הציוד שוב.

לרוב, מעגל גשר משמש להפעלת כוח ממירים תרמיים, בהם הגשר מאוזן באמצעות פוטנציומטר. כאשר ההתנגדות של התרמיסטור משתנה בגלל הטמפרטורה, ניתן לאזן את הגשר רק על ידי סיבוב הפוטנציומטר.

תוכנית דומה עם התאמה ידנית משמשת כהדגמה במעבדות חינוך. מנוע הפוטנציומטר כולל סולם המכויל ישירות ביחידות טמפרטורה. במעגלי מדידה אמיתיים כמובן שהכל נעשה באופן אוטומטי.

החלק הבא של המאמר ידבר על שימוש בכמה תרמי ומדי חום הרחבה מכניים - חיישני טמפרטורה. צמידים תרמיים

בוריס אלאדישקין, electro-iw.tomathouse.com

אוטומציה ביתית

הנדסת חשמל ואלקטרוניקה מעשית

Comments

[#1 andy78]

ישנם שני סוגים של תרמיסטורים מתכתיים: נחושת ופלטינה. בהתאם, הם מתויגים כ- TSM ו- TSP (נחושת עמידה תרמית ונחושת פלטינה). התנגדות פלטינה יכולה למדוד טמפרטורות של עד 600 מעלות צלזיוס, ונחושת לא יכולה לעלות על 180 - 200 מעלות צלזיוס, מכיוון שבטמפרטורות גבוהות יותר, נחושת מחמצנת באופן פעיל, מה שמוביל לכישלון של התרמיסטור.

עמידות תרמית מוליכים למחצה נעשית על בסיס תחמוצות מתכת אל ברזליות. ראשית, מדובר בנחושת, כסף ומנגן, כמו גם תערובותיהם בפרופורציות שונות, המאפשר להשיג תכונות שונות של עמידות תרמית. חיישנים אלה, הן מתכתיים כמו מוליכים למחצה, הם פסיביים ובעצמם אינם מייצרים שום אות. אבל, מחובר למעגל מדידה, ככלל, מעגל גשר, שולט על אות הפלט שלו על ידי שינוי ההתנגדות החשמלית שלו תחת השפעת טמפרטורה.

התנגדות תרמית למוליכים למחצה, כמו כל התקני המוליכים למחצה, יש שונות רבה בתכונות הטכנולוגיות, מה שמוביל לצורך בתצורת ציוד מדידה במקרה של החלפת התנגדות תרמית. טווח המדידה של תרמיסטורים מסוג MMT-1, MMT-4, KMT-1 ו- KMT-4 אינו עולה על 120-150 מעלות צלזיוס. גבול המדידות התחתון הוא באזור הטמפרטורות השליליות, החל מ -70-50 מעלות צלזיוס.

[#2]

נדרש תרמיסטור לחימום דיזל במיכל מכונית. R = 4.5 אוהם. טמפרטורת מיתוג - 135'C

מה אתה יכול להציע? תודה!