Vilka är de vanligaste typerna av temperatursensorer

Temperatursensorer är viktiga verktyg i modern teknik, vetenskaplig forskning och vardagsliv. De låter dig hålla ett öga på och kontrollera termiska förhållanden i en mängd olika inställningar. Termoelement, motståndstemperaturdetektorer (RTD), termistorer (NTC- och PTC-versioner) och temperatursensorer med integrerade kretsar (IC) är de mest populära typerna. Termoelement och RTD är den vanligaste typen av sensorer som används i fabriker eftersom de är pålitliga, flexibla och kan arbeta i tuffa miljöer. Varje typ av sensor fungerar enligt olika principer, vilket innebär att de har olika fördelar när det gäller temperaturområde, noggrannhet, svarstid, kostnad och anpassningsförmåga till olika miljöer. Detta låter ingenjörer välja den bästa lösningen för en given situation, som processkontroll, HVAC-system, medicinsk utrustning, fordonsapplikationer och IoT-enheter.




Termoelement



Termoelement fungerar på grund av Seebeck-effekten (termoelektrisk effekt), som uppstår när två olika metallledare är anslutna i ena änden för att göra en mätövergång. En mindre elektromotorisk kraft (spänning) skapas när det finns en temperaturskillnad mellan den varma (mätande) korsningen och den kalla (referens)övergången. Denna spänning är direkt relaterad till skillnaden. Det är möjligt att hitta den exakta temperaturen genom att mäta denna spänning och göra rätt justeringar för temperaturen i referensövergången.



Termoelement kan mäta ett mycket brett temperaturintervall, från så låga som -200 grader till långt över 2000 grader, beroende på vilka material som används. Detta gör dem perfekta för mycket varma eller mycket kalla platser. De har en enkel, stark design som gör dem mycket hållbara och tål stötar, vibrationer och svåra situationer. Termoelement är också billiga, behöver ingen extern strömkälla för att fungera och har snabba termiska svarstider, vilket är viktigt i processer som förändras snabbt. Men deras utsignal är ganska liten (vanligtvis i mikrovoltområdet), så de behöver förstärkningskretsar, och de behöver justering av kall korsning för att förbli exakt. Några vanliga kategorier är:



Typ K (nickel-krom/nickel-kisel): Den vanligaste typen, den fungerar bra från -200 grader till +1260 grader och är rimligt prissatt och resistent mot oxidation.



Typ J (järn/koppar-nickel): Fungerar bra vid lägre temperaturer, upp till ungefär 750 grader, och används i stor utsträckning för att reducera atmosfärer.



Typ S (platina-rhodium/platina): Detta är en ädelmetalltyp som används i hög-precision, hög-temperaturapplikationer som går upp till 1600 grader eller mer. Det används i ugnar och flygplan.



Termoelement är mycket viktiga i industrier som arbetar med höga temperaturer, som metallurgi (stålsmältning), kemisk bearbetning, kraftgenerering (pannor och turbiner) och glastillverkning.







II. Motståndstemperaturdetektorer (RTD)



RTD:er beror på det faktum att det elektriska motståndet hos rena metaller, som platina, förändras på ett förutsägbart sätt när temperaturen ändras. Motståndet går upp i en rak linje när temperaturen stiger, enligt regler som Callendar-Van Dusen-ekvationen. Pt100-sensorn (100 ohm vid 0 grader) och Pt1000 är de två vanligaste typerna.



RTD:er är bra eftersom de är mycket exakta (vanligtvis ±0,1 grad eller bättre), stabila över tid och har ett linjärt svar över ett brett temperaturområde (vanligtvis -200 grader till +660 grader, men vissa konstruktioner kan gå mycket högre). På grund av detta är de bättre för uppgifter som kräver mycket noggrannhet, som att kalibrera laboratorier, bearbeta mat, göra läkemedel och kontrollera VVS-system. Deras huvudsakliga problem är att de tar längre tid att svara eftersom de har mer termisk massa, de kostar mer än termoelement och de behöver en extern excitationsström (konstantströmkälla) för att mäta resistans utan att göra misstag från självuppvärmning.- Att använda tre-- eller fyrtrådsuppsättningar är ett stort plus eftersom de kompenserar för blytrådsmotståndet och förbättrar systemets övergripande noggrannhet avsevärt, särskilt över långa avstånd.







III. Termistorer



Termistorer är sensorer gjorda av halvledare som ändrar deras motstånd mycket när temperaturen ändras. De är indelade i NTC (negativ temperaturkoefficient, vilket innebär att motståndet går ner när temperaturen går upp) och PTC (positiv temperaturkoefficient, vilket innebär att motståndet går snabbt upp över en viss punkt).



NTC-termistorer är oerhört känsliga (mycket mer än RTD:er eller termoelement), svarar snabbt, är små och är billiga. De fungerar bra i intervallet -50 till +150 grader Celsius (med vissa utökade versioner). De används mycket i batterihanteringssystem, bilklimatkontroll, hushållsapparater (såsom kylskåp och ugnar) och hemelektronik. Huvudproblemet är att deras motstånds-temperaturkurva är ganska icke-linjär, vilket innebär att du måste använda matematiska eller uppslagstabeller för att få korrekta avläsningar. Dessutom har de problem med utbytbarhet om de inte är kalibrerade. PTC-termistorer, å andra sidan, används mest för att förhindra över{10}}temperatur, begränsa startström och självreglerande värmeelement istället för exakt kontinuerlig mätning.







IV. Temperatursensorer för integrerade kretsar (IC) IC-sensorer kombinerar avkänningselementet, signalbehandling och ibland analog-till-digital omvandling till ett kiselchip. De kan skicka antingen analog spänning (såsom 10 mV/grad) eller digitala signaler genom protokoll som I²C, SPI eller 1-Wire. Några välkända märken är enheter i LM35-, DS18B20- och TMP-serien.



De har en låg felfrekvens (±0,5 grader vanligt), svarar snabbt, behöver få externa delar och är lätta att ansluta till mikrokontroller. Detta gör dem perfekta för inbyggda system, hemelektronik, IoT-noder, datorer och bärbara enheter. Temperaturintervallet från -55 till +150 grader Celsius begränsar deras användning på mycket varma eller mycket kalla platser, men deras användarvänlighet och förmåga att arbeta med andra enheter kompenserar för detta i många aktuella applikationer.







V. Andra typer av tillägg Utöver huvudkontaktsensorerna finns det ett antal specialitetsval som uppfyller specifika syften.



Infraröda (-kontaktfria) temperatursensorer kan mäta temperaturen utan att röra föremålet eftersom de kan se värmestrålning som kommer från det. De är utmärkta för att övervaka höga temperaturer (såsom smälta metaller), rörliga mål eller farliga platser. Du kan hitta dem i medicinska örontermometrar, industriella pyrometrar och livsmedelssäkerhetskontroller.



Bimetalltermometrar använder den olika termiska expansionen av två bundna metaller för att flytta en pekare. Detta ger en enkel, pålitlig läsning utan att behöva ström. De fungerar bra med enkla hemtermostater, ugnar och industriella mätare som inte är särskilt exakta.



Fiberoptiska temperatursensorer är immuna mot elektromagnetiska störningar, motståndskraftiga mot korrosion och kan känna av över stora avstånd eftersom de använder optiska funktioner som fluorescensavfall eller interferometri. De är mycket viktiga på platser som-högspänningstransformatorstationer, transformatorer, MRI-maskiner och platser där explosiva ämnen eller kärnmaterial finns.



Kort sagt, när du väljer en temperatursensor måste du tänka på saker som hur noggrann den behöver vara, hur brett temperaturintervallet är, hur snabbt den behöver reagera, hur mycket den kostar, hur tuff den behöver vara i miljön och hur lätt den är att installera. Termoelement är det bästa valet för industriella operationer med mycket hög-temperatur, RTD:er är de mest exakta i kontrollerade miljöer, termistorer är det bästa valet för mellanliggande områden till en låg kostnad, och IC-sensorer gör det enkelt att ansluta elektronik digitalt. Infraröd och fiberoptik är två exempel på andra typer som gör det möjligt att täcka alla branscher, även de som inte kan nås via direktkontakt eller EMI.