איזה חיישן טמפרטורה עדיף, קריטריונים לבחירת חיישנים

אם זו הפעם הראשונה שאתה נתקל בנושא בחירת חיישן למדידת טמפרטורה, אז בחירת חיישן בעלות נמוכה ואמינה יכולה להיות בעיה ממשית עבורך.

ראשית, יש לברר את הפרטים הבאים: טווח הטמפרטורות הצפוי של המדידות, הדיוק הנדרש, האם החיישן ימוקם בתוך המדיום (אם לא, יהיה צורך במדחום קרינה), התנאים נחשבים תקינים או אגרסיביים, האם האפשרות לפירוק תקופתי של החיישן חשובה, ולבסוף, האם זה הכרחי סיום הלימודים הוא בתארים או שמקובל לקבל אות אשר לאחר מכן יומר לערך טמפרטורה.

אלה לא שאלות סרק, עונות עליהן הצרכן מקבל את האפשרות לבחור לעצמו חיישן טמפרטורה מתאים יותר איתו הציוד שלו יעבוד בצורה הטובה ביותר. כמובן שאי אפשר לתת מענה בפשטות ובאופן חד משמעי לשאלה איזו חיישן טמפרטורה עדיף, נותרה הבחירה בפני הצרכן, לאחר היכרות ראשונה עם התכונות של כל סוג חיישן.

כאן ניתן סקירה קצרה על שלושת הסוגים העיקריים של חיישני טמפרטורה (הנפוצים ביותר): מד חום התנגדות, תרמיסטור או צמד תרמי. בינתיים, חשוב לצרכן להבין מייד שדיוק נתוני הטמפרטורה שמתקבלים תלוי הן בחיישן והן בממיר האות - גם החיישן הראשי וגם הממיר תורמים לחוסר הוודאות.

לעיתים, בעת בחירת מכשירים, הם שמים לב רק למאפייני הממיר, ושוכחים כי חיישנים שונים יעניקו רכיבים נוספים שונים (תלוי בסוג החיישן שנבחר), אותם יהיה צורך לקחת בחשבון בעת ​​קבלת נתונים.

מדי חום עמידים - אם אתם זקוקים לדיוק גבוה

במקרה זה, אלמנט החישה הוא נגן סרט או חוט, עם תלות ידועה של ההתנגדות לטמפרטורה, המונחת בתיק קרמיקה או מתכת. הפופולריים ביותר הם פלטינה (מקדם טמפרטורה גבוהה), אך משתמשים גם בניקל ונחושת. ניתן למצוא טווחים וסבולות, כמו גם תלות סטנדרטיות של עמידות בטמפרטורה עבור מדי חום עמידים על ידי קריאת GOST 6651-2009.

היתרון של סוג זה של מדחומים הוא טווח טמפרטורות רחב, יציבות גבוהה, החלפות טובה. עמיד במיוחד בפני רטט, מדי חום עמידים בפני פלטינה, אולם יש להם כבר טווח עבודה.

אלמנטים אטומים של ה- TS מיוצרים כאלמנטים רגישים נפרדים עבור חיישנים זעירים, עם זאת, גם מדי חום התנגדות וגם חיישנים מאופיינים במינוס יחסי אחד - הם דורשים מערכת תלת-חוטית או ארבע-חוטים להפעלה, ואז המדידות יהיו מדויקות.

ובכל זאת, הזיגוג של מארז האיטום צריך להיות מתאים לתנאים שנבחרו כך שתנודות הטמפרטורה לא יובילו להרס שכבת האיטום של החיישן. הסבילות הסטנדרטית של מדחום פלטינה אינה עולה על 0.1 מעלות צלזיוס, אך ניתן להגיע לסיום פרטני כדי להשיג דיוק של 0.01 מעלות צלזיוס.

מדחום פלטינה התייחסות (GOST R 51233-98) הוא בעל דיוק גבוה יותר, רמת הדיוק שלהם מגיעה ל 0.002 מעלות צלזיוס, אך יש לטפל בהם בזהירות מכיוון שהם אינם יכולים לעמוד בטלטולים. בנוסף, עלותם גבוהה פי עשרה מדחום התנגדות פלטינה רגיל.

מד חום עמידות ברזל-רודיום מתאים למדידות בטמפרטורות קריוגניות. תלות הטמפרטורה הלא תקינה של הסגסוגת וה- TCR הנמוך מאפשרים למדחום כזה לפעול בטמפרטורות של 0.5 K עד 500 K, והיציבות ב 20 K מגיעה ל 0.15 mK / שנה.

האלמנט הרגיש מבחינה מבנית של מדחום ההתנגדות הוא ארבע חלקי ספירלה המונחים סביב צינור תחמוצת אלומיניום, מכוסה באבקת תחמוצת אלומיניום טהורה. הסיבובים מבודדים זה מזה, והספירלה עצמה היא באופן עקרוני חסין רעידות. איטום עם זיגוג או מלט שנבחרו במיוחד על בסיס אותה אלומינה. טווח אופייני לרכיבי חוט הוא -196 ° C עד +660 ° C.

הגרסה השנייה של האלמנט (יקרה יותר, המשמשת במתקנים גרעיניים) היא מבנה חלול, המאופיין ביציבות גבוהה מאוד של פרמטרים. אלמנט נפצע על גליל מתכת, כאשר פני הגליל מכוסים בשכבה של תחמוצת אלומיניום. הצילינדר עצמו עשוי מתכת מיוחדת הדומה במקדם התפשטות תרמית לפלטינה. עלות מדחום אלמנטים חלולים גבוהה מאוד.

האפשרות השלישית היא אלמנט של סרט דק. על מצע הקרמיקה מוחל שכבה דקה של פלטינה (בסדר גודל של 0.01 מיקרון), המצופה על גבי זכוכית או אפוקסי.

זהו סוג האלמנט הזול ביותר עבור מדי חום התנגדות. גודל קטן ומשקל קל - היתרון העיקרי של אלמנט סרט דק. חיישנים כאלה הם בעלי התנגדות גבוהה של כ- 1 kΩ, מה שמבטל את בעיית החיבור הדו-תילי. עם זאת, היציבות של אלמנטים דקים נחותה מחוט. טווח אופייני לאלמנטים מסרטים הוא בין -50 מעלות צלזיוס ל- +600 מעלות צלזיוס.

ספירלה העשויה מחוטי פלטינה המצופה זכוכית היא אופציה של מד חום עמידות בפני חוט מאוד אטום היטב, עמיד ללחות גבוהה, אך טווח הטמפרטורות הוא יחסית צר.

צמד תרמי - למדידת טמפרטורות גבוהות

עקרון הפעולה של הצמד התרמי התגלה בשנת 1822 על ידי תומאס סיבק, ניתן לתאר אותו כדלקמן: במוליך של חומר הומוגני עם נשאי מטען חופשיים, כאשר אחד ממגעי המדידה מחומם, יופיע EMF. או כך: במעגל סגור של חומרים שונים, בתנאים של הפרש טמפרטורה בין הצמתים, מתרחש זרם.

הניסוח השני מספק הבנה מדויקת יותר. עקרון צמד תרמיבעוד שהראשון משקף את עצם יצירתו של החשמל התרמי, ומעיד על מגבלות הדיוק הקשורות להטרוגניות תרמו: לכל אורכו של האלקטרודה, הגורם המכריע הוא נוכחות של שיפוע טמפרטורה, כך שהטבילה במדיום בזמן הכיול צריכה להיות זהה לעבודה העתידית. מיקום חיישן.

צמידים תרמיים מספקים את טווח טמפרטורת ההפעלה הרחב ביותר, והכי חשוב, הם בעלי טמפרטורת ההפעלה הגבוהה ביותר מכל סוגי חיישני טמפרטורת המגע. ניתן לקרקע את הצומת או ליצור קשר הדוק עם האובייקט הנלמד. פשוט, אמין, עמיד - מדובר על חיישן המבוסס על צמד תרמי. ניתן למצוא טווחים וסבולות, פרמטרים תרמיים אלקטרוניים של צמד תרמי על ידי קריאת GOST R 8.585-2001.

גם לצמידים תרמיים יש כמה חסרונות ייחודיים:

• הכוח התרמו-אלקטרי אינו קווי, מה שיוצר קשיים בפיתוח הממירים עבורם;

• חומר האלקטרודות זקוק לאיטום טוב בגלל האינרטיות הכימית שלהם, בגלל הפגיעות שלהם בסביבות אגרסיביות;

• הטרוגניות תרמית באמצעות קורוזיה או תהליכים כימיים אחרים, שבגללם הרכב משתנה מעט, מכריח לשנות את הכיול; האורך הגדול של המוליכים מוליד אפקט אנטנה והופך את הצמד התרמי לפגיע בשדות EM;

• איכות הבידוד של המשדר הופכת להיבט חשוב מאוד אם נדרש אינרציה נמוכה מצמד תרמי עם צומת מקורקע.

צמד תרמי נובל (PP-פלטינה-רודיום-פלטינה, PR-פלטינה-רודיום-פלטינה-רודיום) מאופיינים ברמת הדיוק הגבוהה ביותר, ההטרוגניות החשמלית הפחותה מאשר צמד תרמי של מתכות בסיס. צמידים תרמיים אלה עמידים בפני חמצון, ולכן הם בעלי יציבות גבוהה.

בטמפרטורות של עד 50 מעלות צלזיוס הם נותנים למעשה תפוקה של 0, כך שאין צורך לפקח על טמפרטורת הצמתים הקרים. העלות גבוהה, הרגישות נמוכה - 10 μV / K בטמפרטורה של 1000 מעלות צלזיוס. אי-הומוגניות בחום של 1100 ° - באזור 0.25 ° С. זיהום וחמצון האלקטרודות יוצרים חוסר יציבות (רודיום מתחמצן בטמפרטורות של 500 עד 900 מעלות צלזיוס), ולכן עדיין מופיעה חוסר ההומוגניות החשמלית. לזוגות של מתכות טהורות (פלטינה-פלדיום, פלטינה-זהב) יש יציבות טובה יותר.

צמידים תרמיים הנמצאים בשימוש נרחב בתעשייה עשויים לרוב ממתכות בסיס. הם זולים ועמידים בפני רעידות. נוחות במיוחד הן אלקטרודות אטומות בכבל עם בידוד מינרלי - ניתן להתקין אותן במקומות קשים. צמד תרמי רגיש מאוד, אך הטרוגניות חשמלית היא חיסרון של דגמים זולים - השגיאה יכולה להגיע ל 5 מעלות צלזיוס.

כיול תקופתי של ציוד במעבדה הוא חסר תכלית; כדאי יותר לבדוק את הצמד התרמי במקום ההתקנה. הזוגות התרמו-אלקטריים ביותר תרמואלקטריים הם nisil / nichrosil. המרכיב העיקרי בחוסר הוודאות הוא בחשבון את הטמפרטורה של הצומת הקרה.

טמפרטורות גבוהות בסדר גודל של 2500 מעלות צלזיוס נמדדות על ידי צמד תרמי טונגסטן-רניום. חשוב כאן לבטל גורמים מחמצנים, שעבורם הם נוגעים לכיסויים מיוחדים בגז אינרטי אטום, כמו גם לכיסויים מוליבדן וטנטלום עם בידוד עם תחמוצת מגנזיום ותחמוצת בריליום. וכמובן, תחום היישום החשוב ביותר של טונגסטן-רניום הוא צמד תרמי לאנרגיה גרעינית בתנאי שטף נויטרונים.

עבור צמד תרמי, כמובן, לא תידרש מערכת תלת-חוטית או ארבע-חוטים, אך יהיה צורך להשתמש בחוטי פיצוי והארכה, אשר יאפשרו להעביר את האות 100 מטר לציוד המדידה במינימום שגיאות.

חוטי הארכה עשויים מאותה מתכת כמו הצמד התרמי, וחוטי פיצוי (נחושת) משמשים לצמידים תרמיים מתכתיים (לפלטינה). חוטי הפיצוי יהפכו למקור לחוסר וודאות בסדר גודל של 1-2 מעלות צלזיוס עם הפרש טמפרטורה גדול, עם זאת, קיים תקן IEC 60584-3 לחוטי פיצוי.

תרמיסטורים - לטווחי טמפרטורה קטנים ויישומים מיוחדים

תרמיסטורים מדובר במדחומי התנגדות ייחודיים, אך לא במתלים תיליים, אך מסוננים בצורה של מבנים מרובי-שלבים, המבוססים על תחמוצות מתכת מעבר מעורבות. היתרון העיקרי שלהם הוא גודל קטן, מגוון של צורות שונות, אינרציה נמוכה, עלות נמוכה.

תרמיסטורים מגיעים במקדם טמפרטורה שלילי (NTC) או חיובי (PTC). ה- NTC וה- RTS הנפוצים ביותר משמשים לטווחי טמפרטורה צרים מאוד (יחידות מעלות) במערכות ניטור והאזעקה. היציבות הטובה ביותר של תרמיסטורים היא בטווח שבין 0 ל 100 מעלות צלזיוס.

תרמיסטורים הם בצורת דיסק (עד 18 מ"מ), חרוז (עד 1 מ"מ), סרט (עובי עד 0.01 מ"מ), גלילי (עד 40 מ"מ). חיישני תרמיסטור קטנים מאפשרים לחוקרים למדוד טמפרטורה גם בתוך תאים וכלי דם.

תרמיסטורים דורשים בעיקר למדידת טמפרטורות נמוכות בגלל הרגישות היחסית שלהם לשדות מגנטיים. סוגים מסוימים של תרמיסטורים טמפרטורות הפעלה עד מינוס 100 מעלות צלזיוס.

בעיקרון, תרמיסטורים הם מבנים מרובי-פאזיים מורכבים, המועתקים בטמפרטורה של כ- 1200 מעלות צלזיוס באוויר מניטרטים גרגירים ותחמוצות מתכת. היציבה ביותר בטמפרטורות מתחת ל -250 מעלות צלזיוס הם תרמיסטורים NTC העשויים מתחמוצות ניקל ומגנזיום או ניקל, מגנזיום וקובלט.

המוליכות הספציפית של תרמיסטור תלויה בהרכבו הכימי, בדרגת החמצון, בנוכחות תוספים בצורה של מתכות כמו נתרן או ליתיום.

תרמיסטורים זעירים של חרוז מוחלים על שני מסופי פלטינה, ואז מצופים זכוכית.עבור תרמיסטורים בדיסק, המוליכים הם מולחמים לציפוי הפלטינה של הדיסק.

ההתנגדות של תרמיסטורים גבוהה יותר מזו של מדי חום התנגדות, לרוב היא טמונה בטווח שבין 1 עד 30 קוט"ם, כך שמערכת דו-חוטית מתאימה כאן. תלות הטמפרטורה של ההתנגדות קרובה לאקספוננציאלי.

ניתן להחלפה טובה ביותר של תרמי הדיסק לטווח שבין 0 ל- 70 מעלות צלזיוס בטעות של 0.05 מעלות צלזיוס. חרוז - דורשים כיול פרטני של המתמר עבור כל מופע. תרמיסטורים מסיימים תרמוסטט נוזלי ומשווים את הפרמטרים שלהם עם מד חום עמיד בפני פלטינה בשלבים של 20 מעלות צלזיוס בטווח שבין 0 ל 100 מעלות צלזיוס. כך מושגת שגיאה של לא יותר מ- 5 mK.