Что такое датчик температуры

Виды и принцип работы термодатчиков

Содержание статьи

Принцип работы датчика-термопары

Основной принцип работы температурных датчиков в системах автоматического управления – преобразование температуры в электрическое значение. Эффективность использования электрических величин обеспечена: удобством передачи на большие расстояния с высокой скоростью, возможностью их обратной трансформации, преобразования в цифровой код, чувствительностью измерений. Различают несколько типов устройств.

Принцип действия устройства основан на термоэлектрическом эффекте: если в замкнутом контуре из двух полупроводников или проводников места спаев (контактов) имеют разную температуру, то в нем возникает электрический ток. Спай, расположенный в среде, в которой происходит измерение температуры, называется «горячим», противоположный контакт – «холодным». Чем больше температура измеряемой среды отличается от температуры воздуха, тем больший электрический ток возникает. Эти измерительные устройства могут иметь изоляционный слой или изготавливаться без него. Во втором случае термопары могут использоваться только в схемах, не контактирующих с «землей».

Схематичное изображение термодатчика

Виды термопар

Терморезистивные датчики

Принцип действия резистивных датчиков температуры (RTD) основан на зависимости сопротивления проводника или полупроводника от температуры. Для изготовления проводников применяют материалы с высоким температурным коэффициентом сопротивления и линейным соответствием сопротивления и температуры. Указанные характеристики относятся к пластине, в несколько меньшей степени – к меди.

Преимущества проводниковых термометров сопротивления:

Полупроводниковые датчики температуры демонстрируют высокую стабильность характеристик во времени. Полупроводниковые терморезисторы имеют большой температурный коэффициент сопротивления (ТКС). Датчики температуры с отрицательным ТКС называются термисторами (с ростом температуры сопротивление снижается), с положительным – позисторами (с возрастанием температуры сопротивление увеличивается). Обозначение термисторов – NTC, позисторов – PTC.

Аналоговые и цифровые термометры

Аналоговые

Эти устройства обычно недороги и не требуют сложного ухода. Главная их проблема – шкала. Либо она показывает температуру с высокой точностью, но измерительный интервал при этом очень мал, либо охватывает широкий температурный диапазон, но точность показаний – приблизительна.

Цифровые

Такие устройства дороже, по сравнению с аналоговыми, но их точность гораздо выше. Позволяют производить измерения в широком интервале, применяются в быту и технике.

Конструктивные составляющие цифрового термометра:

Источник

Датчики измерения температуры: типы, принцип работы

Практически в любой современной аппаратуре есть датчики температуры. Это устройство, которое позволяет измерить температуру объекта или вещества, используя при этом различные свойства и характеристики измеряемых тел или среды. Не смотря на то, что все термодатчики призваны измерять температуру, разные типы датчиков делают это абсолютно по-разному. Давайте подробнее разберем принцип работы и характеристики основных видов термодатчиков.

Классификация термодатчиков по принципу работы

По принципу измерения все датчики измерения температуры подразделяются на:

Термоэлектрические датчики температуры (термопары)

Принцип работы этой группы датчиков основан на том, что в замкнутых контурах проводников или полупроводников возникает электрический ток, если места спайки различаются по температуре. Для измерения температуры, один конец термопары помещают в среду измерения, а другой служит для снятия значений. Единственным, но существенным недостатком этого вида измерителей является их довольно большая погрешность, что недопустимо для многих технологических процессов.

Примером такого датчика может служить датчик ТСП Метран-246, который предназначен для измерения температуры твердых тел.

Видео о датчиках температуры смотрите ниже:

Терморезистивные датчики

Как следует из названия, этот тип датчиков работает по принципу изменения сопротивления проводника при изменении его температуры. Благодаря простой и надежной конструкции, датчики этого типа широко применяются в электронике и машиностроении. Неоспоримым плюсом этих измерителей является высокая точность, чувствительность и простые устройства считывания.

Выполнен он с применением платиновой пластинки и никелевых контактов. Широко используется в электронике и промышленных автоматах.

Полупроводниковые термодатчики

Этот тип датчиков работает на принципе изменения характеристик p-n перехода под воздействием температуры. Так как зависимость напряжения на транзисторе от температуры всегда пропорциональна, можно сделать датчик с высокой точностью измерения. Несомненными плюсами такого решения является дешевизна, высокая точность данных, и линейность характеристик на всем диапазоне измерения. Кроме того, их можно монтировать прямо на полупроводниковой подложке, что делает этот тип датчиков незаменимым для микроэлектронной промышленности.

Акустические датчики температуры

Принцип работы этих устройств – разная скорость звука в среде при разной температуре. Зная изначальные данные, можно рассчитать изменения температуры по скорости прохождения звуковой волны в веществе. Это бесконтактный метод, позволяющий измерять температуру в закрытых полостях, а также в среде, недоступной для прямого измерения. Используются такие датчики в медицине и промышленности – там, где проникновение к измеряемому веществу невозможно.

Пирометры (тепловизоры)

Бесконтактный тип термодатчиков, считывающих излучение, которое исходит от нагретых тел. Этот тип устройств позволяет измерять температуру дистанционно, без приближения к среде, в которой производятся замеры. Это позволяет работать с большими температурами и сильно разогретыми объектами без опасного сближения.

Все пирометры по принципу работы подразделяют на интерферометрические, флуоресцентные и датчики на основе растворов, меняющих цвет в зависимости от температуры.

Пьезоэлектрические датчики температуры

Все датчики этого типа работают при помощи кварцевого пьезорезонатора. Вся суть работы – прямой пьезоэффект, то есть изменение линейных размеров пьезоэлемента под воздействием электрического тока. При попеременной подаче разнофазного тока с определенной частотой, пьезорезонатор колеблется, при этом частота его колебаний зависит от температуры. Зная эту зависимость, можно легко преобразовать данные о частоте колебаний резонатора в температуру.

Ещё одно видео о разновидностях термодатчиков:

Благодаря широкому диапазону измерений и высокой точности, такие датчики применяют в основном при проведении исследований и опытов, где нужна высокая надежность и долговечность.

Источник

Датчики температуры

2020-06-18 Промышленное 5 комментариев

Датчики температуры применяются во многих производственных и не только процессах и на сегодняшний день они являются одними из самых востребованных измерительных приборов. В этой статье я бы хотел рассказать о классификации температурных датчиков, особенностях различных типов, схемах подключения.

Как понятно из названия, главная задача датчиков данного типа — контроль температуры самых различных объектов. Это и температура воздуха, температура различных жидкостей, газов, твердых тел и еще многое другое. Благодаря востребованности температурных измерений они находят самое широкое применение в самых разных областях — от систем управления автоматизации техпроцессов до применения в бытовом секторе.

Несмотря на все различия и особенности применения, в основе работы всех датчиков температуры лежит принцип преобразования измеряемой температуры в некий электрический сигнал. А вот что это будет за сигнал, зависит уже непосредственно от вида датчика.

Виды датчиков температуры

Термосопротивления (ТС, RTD, Термометры сопротивления) — работа данного типа датчиков основана на изменении электрического сопротивления материалов в зависимости от внешней температуры. Такая зависимость называется номинальной статической характеристикой НСХ.

Основными техническими характеристиками, на которые стоит обращать внимание при выборе термосопротивлений, являются точность измерений (класс допуска), диапазон измерений температур, номинальная статическая характеристика.

PTC (Positive Temperature Coefficient ) — термисторы с положительным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС). Для данного типа характерно свойство резко увеличивать свое сопротивление при достижении заданной температуры

Датчики на основе данных типов термисторов обладают большим температурным коэффициентом, но при этом имеют нелинейную характеристику.

Термопары ( Термоэлектрические преобразователи) — в основе работы данного типа лежит термоэлектрический эффект или эффект Зеебека. Он основан на возникновении при нагреве термо-ЭДС между концами двух разнородных по составу проводников, соединенных между собой. Под действием термо-ЭДС в замкнутой цепи начинает протекать электрический ток, пропорциональный разности температур.

Цепь, состоящая из двух различных проводников, или как их называют термоэлектродов, и будет называться термопарой. Спаянные концы проводников носят название горячий или рабочий спай, свободные концы проводников холодным спаем. Термо-ЭДС будет зависеть от разности температур между горячим и холодным спаями, а также от материала проводников. Подключив измерительный прибор к свободным концам, можно измерить разность потенциалов между двумя проводниками. При этом для компенсации погрешности нам необходимо знать температуру холодного спая.

В качестве материалов для проводников термопар широко используются хромель, платина, родий, константан, медь, железо, копель, алюмель. У любого соединения двух определённых сплавов есть своя зависимость между измеряемой температурой и напряжением на выходе термопары.

Обязательно надо отметить, что подключение термопар должно производиться компенсационными проводами, выполненными из тех же материалов, что и термопара, при этом соблюдая полярность подключения. Обычный медный провод в данном случае не подходит, так как создает дополнительную термо-ЭДС и тем самым вносит значительную погрешность в измерения. Обычно изоляция жил и оболочка провода в зависимости от материала маркируется разными цветами.

Цвет оболочки компенсационных проводов

Цвет изоляции жил компенсационных проводов

Ниже приведена таблица соответствия буквенных и цветовых обозначений согласно международному стандарту IEC 584-3.

Некоторые сплавы, такие как копель, которые широко распространены у нас, в международном стандарте не указаны, так как не применяются при изготовлении термопар.

Термопары, наряду с термосопротивлениями, наиболее широко используются в различных промышленных технологических процессах. Во многом это объясняется их широким температурным диапазоном, кроме того, по сравнению с другими типами контактных датчиков, они способны выдерживать самые высокие температуры, что делает их порой просто незаменимыми.

Бесконтактные (Инфракрасные пирометры) — работа датчиков данного типа основана на способности тел излучать электромагнитную энергию в инфракрасном диапазоне. Хотя бесконтактные датчики применяются реже чем те же термопары или термосопротивления в следствии ряда причин, а именно их стоимости, чувствительности к состоянию измеряемой поверхности и т.д., тем не менее на сегодняшний день они все чаще используются в различных областях промышленности благодаря своим несомненным преимуществам — малое время отклика, соответственно высокое быстродействие, измерение температур в труднодоступных и опасных местах, измерение высоких температур вплоть до +3000°C.

Все вышеперечисленные виды датчиков, в той или иной степени, широко используются в различных технологических процессах. Помимо них существуют и другие виды температурных датчиков, например акустические или пьезоэлектрические, но их я рассматривать не буду, так как сталкиваться с ними приходилось очень редко.

Конструктивные особенности датчиков температуры

По типу исполнения температурные датчики представлены сегодня в различном исполнении. В первую очередь это зависит от вида датчика и его применения в той или иной области, но чаще всего встречаются двух типов: с кабельным выводом и с коммутационной головкой.

Датчик с кабельным выводом представляет собой чувствительный элемент, выполненный из меди или платины, заключенный в корпус из латуни либо нержавеющей стали и имеющий кабельный вывод определенной длины с ПВХ либо силиконовой изоляцией. Могут быть как погружного, так и накладного типа.

В зависимости от модели сама монтажная часть имеет разную длину, также могут иметь резьбовое крепление.

Датчики с коммутационной головкой конструктивно выполнены в виде гильзы с накидной гайкой, в которую вставлен чувствительный элемент и коммутационной головки с клеммными выводами.

Головки могут быть как пластиковыми, так и металлического исполнения. Кроме того головки могут быть стандартного или увеличенного исполнения. Увеличенные головки применяются для встраиваемых нормирующих преобразователей, преобразующих значение измеренной температуры в унифицированный выходной сигнал постоянного тока, как правило 4-20мА.

По типу защиты они могут быть обычного исполнения и взрывозащищенного, в этом случае в маркировке присутствует обозначение Ex — знак соответствия стандартам взрывозащиты.

Также как и термосопротивления, термопары могут быть представлены в виде исполнения с коммутационной головкой и с кабельным выводом.

По исполнению рабочего спая относительно защитного корпуса бывают с изолированным рабочим спаем и неизолированным.

Для удобства монтажа в трубопроводы и быстрой замены датчика в случае необходимости, выпускается специальная арматура в виде бобышек и защитных гильз.

Бобышки ввариваются в трубопровод и в них вставляется защитная гильза, в которую уже в свою очередь вставляется датчик. Вместе с бобышкой в комплекте идет уплотнительная прокладка для обеспечения герметичности.

Схемы подключения датчиков температуры

У разных видов датчиков температуры различны и схемы подключения.

Так термосопротивления могут иметь 2-х проводную, 3-х проводную либо 4-х проводную схемы подключения. Такое разнообразие объясняется тем, что при измерении сопротивления датчика присоединенные провода имеют собственное сопротивление, которое вносит погрешность в измерения, особенно это актуально при измерении на больших расстояниях.

В случае двухпроводной схемы влияние этого дополнительного сопротивления не компенсируется, поэтому такую схему можно использовать там, где не требуется высокая точность измерений, либо на небольших расстояниях кабельных трасс.

Для уменьшения погрешности измерения применяют трехпроводную схему.

При такой схеме измеряется общее сопротивление датчика с проводами и сопротивление двух проводов и затем вычисляется разность этих значений, тем самым получается точное измеренное сопротивление датчика. Данная схема позволяет получить довольно высокую точность измерения даже при значительном влиянии сопротивления проводов. Но и в данной схеме может возникать погрешность измерения, связанная с разностью сопротивлений проводников из-за окисления контакта, неоднородности материалов, разного сечения проводов.

Четырехпроводная схема позволяет получить наиболее точные результаты измерений.

По такой схеме два провода подключаются к одному выводу датчика и два провода к другому выводу. На клеммы r1 и r4 подается измерительный ток от источника. Падение напряжения измеряется на клеммах r2 и r3, при этом если входное сопротивление измерительного прибора значительно больше сопротивления проводов (ток по этим измерительным проводам почти не течет) то значение этих сопротивлений практически не влияет на результат измерений.

Термопары подключаются к измерительным приборам по двухпроводной схеме компенсационными проводами, с соблюдением полярности подключения. Возможно также вместо компенсационных использовать провода, состоящих из материалов, сходных по своим термоэлектрическим характеристикам к материалам, из которых изготовлена термопара.

Датчики на основе PTC и NTC термисторов подключаются по стандартной двухпроводной схеме экранированным кабелем.

Также помимо перечисленных схем измерения часто применяют нормирующие преобразователи, которые преобразуют измеренное значение с датчика в унифицированный токовый сигнал 0. 5 мА, 0. 20 мА, 4. 20 мА, реже в сигнал напряжения 0…5 В, 0…10 В.

Такой способ передачи позволяет добиться высокой помехоустойчивости сигнала, усиления слабого сигнала с первичных датчиков, работать с сигналами с разным потенциалом за счет гальванической изоляции, передавать сигнал без потерь на значительные расстояния, обеспечить унификацию всех сигналов. Также в случае с термопарами, не требуется использование дорогостоящих компенсационных проводов, достаточно обычной медной пары.

Преобразователи могут быть выполнены в виде таблетки, встраиваемой в головку датчика, так и в виде отдельно устанавливаемого прибора.

Так как статья получилась довольно объемной и больше теоретической, примеры работы температурных датчиков с реальными устройствами, такими как ПЛК, терморегуляторы, Arduino, я оставлю на следующий раз.

Источник

Датчик температуры – характеристика прибора электроники

Главная страница » Датчик температуры – характеристика прибора электроники

Наиболее часто в области электроники находят применение датчики определения значений температуры окружающей среды. Такого типа датчик температуры представлен приборами от простых термостатических включателей-выключателей, контролирующих систему нагрева воды, до высокочувствительных полупроводников, управляющих сложными технологическими установками. Рассмотрим существующие варианты конструкций температурных датчиков, которыми наделяется современная электроника, а также электрические системы.

О температурных датчиках в целом

Разработано и выпускается под применение обширное разнообразие температурных сенсоров. Датчик температуры как таковой обладает разными характеристиками, исходя из цели фактического применения. Между тем, датчик температуры в любом случае представляет устройство одного из двух физически выполненных типов:

Контактным температурным датчикам присуща физическая связь с измеряемым объектом, как присущ эффект проводимости в момент контроля изменений. Датчик температуры контактного вида используется, как правило, для контроля твердых веществ, жидкостей, газов в широком температурном диапазоне.

Бесконтактный датчик температуры действует по принципу конвекции (излучения) для контроля температурных изменений. Приборы такого исполнения пригодны под контроль жидкостей и газов, излучающих лучистую энергию с повышением температуры. Или же допустим принцип излучения энергии объектом инфракрасного излучения.

Помимо этой классификации, оба типа температурных датчиков подразделяются по исполнению на устройства:

Датчик температуры — термостатическая конструкция (термостат)

Термостат является электромеханическим температурным датчиком (выключателем контактного типа). Основа конструкции термостата — два разных металла (например, никель и медь или вольфрам и алюминий и т.п.), соединенные вместе, образующие биметаллическую пластину.

Различные скорости линейного расширения двух разнородных металлов способствуют механическому изгибающему движению, когда биметаллическую пластину подвергают нагреванию.

Биметаллическую пластину допустимо использовать как электрический выключатель или как механический способ управления электрическим выключателем в термостатических элементах управления. Подобный датчик температуры широко используется для управления нагревом воды:

Датчик температуры — биметаллический термостат

Биметаллический термостат состоит из двух термически различных металлов, плотно связанных один с другим. Момент, когда датчик температуры находится в холодной среде, контакты замкнуты, становится моментом прохождения тока через образованную цепь.

Датчик температуры контактного типа: 1 – электрический контакт 1; 2 – биметаллическая пластина; 3, 4 – различные металлы; 5 – контактная площадка; 6 – электрический контакт 2; 7 – направление деформации биметалла; 8 – разомкнутая цепь; 9 – поток тепла; 10 – точка крепления

Если же конструкция термостата нагревается, один из металлов расширяется больше, чем другой за счёт разницы коэффициентов расширения структуры. Биметаллическая пластина сгибается (или разгибается), разрывает контакты цепи, препятствует протеканию тока.

Существуют два основных типа биметаллических термостатов, основанных главным образом на движении биметаллических пластин при изменении температуры. При этом есть устройства мгновенного действия и замедленного действия. Первые отличаются быстротой реакции на температурные изменения, вторые обладают замедленным (плавным) действием.

Термостаты мгновенного действия часто можно встретить в конструкциях бытовых приборов:

Термостаты замедленного действия состоят из биметаллической спирали, которая медленно разжимается или сжимается при изменениях температуры. Как правило, биметаллические пластины замедленного действия более чувствительны к изменениям окружающей среды, благодаря чему более приемлемы для использования в калибровочных, циферблатных и аналогичных датчиках.

Приборы быстрого действия дёшевы и доступны в широком диапазоне рабочих характеристик. Однако быстродействующие термостаты характерны увеличенным диапазоном гистерезиса (зона между закрытием/открытием контакта). Например, термостат отрегулирован на 20ºC, но фактически открывается при 22ºC и закрывается при 18ºC.

Термистор как датчик измерения температуры

Термистор тоже относится к ряду температурных датчиков. Название «термистор» сформировано комбинацией двух слов «термический» и «резистор». Таким образом, это необычный тип резистора, способного менять физическое сопротивление под внешним температурным воздействием.

Классическое исполнение термисторов. Именно в таком виде этот вид электронных компонентов чаще всего встречается в составе электронных плат различных приборов, с указанием на корпусе класса температурного коэффициента

Термисторы обычно изготавливаются на основе керамических материалов:

Сверху материал термистора покрыт тонким слоем стекла. Основным преимуществом термисторов над переключающими приборами является скорость реакции на малейшие изменения температуры, точность и стабильность действия.

Большинство термисторов наделены отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (NTC). То есть в этом варианте исполнения значение сопротивления термистора снижается с увеличением температуры.

Вместе с тем выпускаются термисторы, наделённые положительным температурным коэффициентом (PTC). Значение сопротивления в этом случае, соответственно, увеличивается с повышением температуры окружающей среды.

Полупроводниковый материал термистора обычно формируют мелкими прессованными дисками или шарами, тщательно герметизированными, чтобы обеспечивалась относительно быстрая реакция на малые колебания температуры.

Термисторы оцениваются следующими показателями:

Как и постоянные резисторы, датчик температуры — термистор, наделяется значениями сопротивления при комнатной температуре в диапазоне от нескольких Ом до десятков МОм.

Для целей измерения, как правило, используются экземпляры, имеющие сопротивление в несколько кОм.

Термисторы следует рассматривать пассивными резистивными устройствами. То есть, чтобы получить измеримое выходное напряжение, необходимо через этот датчик температуры пропускать электрический ток.

При построении схем термисторы обычно соединяются последовательно с резистором смещения для формирования делителя потенциалов. Подбором конкретного резистора определяется выходное напряжение в некоторой заранее определенной точке температуры.

Пример схематический термисторного сенсора

На схеме примера термистор имеет значение сопротивления 10 кОм при 25ºC и значение сопротивления 100 Ом при 100ºC. Нужно рассчитать падение напряжения на термисторе и, следовательно, выходное напряжение (Vвых) для обеих температур при последовательном соединении с резистором 1 кОм через источник питания 12 В.

Датчик температуры (термистор) и схема включения: +V – напряжение питания (12 В); R1 – термистор с отрицательным температурным коэффициентом; R2 – резистор смещения; V темп – напряжение, соответствующее конкретной температуре; ОУ – операционный усилитель; V вых – напряжение выхода

Пример расчёта под Т= 25ºС, R2=10 кОм, при напряжении питания схемы 12 В:

V вых = R2 / (R1 + R2) * xV;

В цифрах: (1000 / (10000 + 1000) * x * 12 = 1.09 В

Пример расчёта под Т= 100ºС, R2=100 Ом, при напряжении питания схемы 12В:

В цифрах: (1000 / (100 + 1000) * x * 12 = 10.9 В

Изменяя фиксированное значение резистора R2 (в примере 1 кОм) потенциометром или предварительной установкой, можно получить выход напряжения при заданной температуре.

Например, если на выходе напряжение 5 В соответствует 60°С, тогда изменением потенциометром конкретного уровня выходного напряжения можно получить более широкий температурный диапазон.

Между тем, термисторы являются нелинейными устройствами. Стандартные значения сопротивления при комнатной температуре различны для отдельных термисторов. Это обусловлено, главным образом, полупроводниковыми материалами, из которых приборы сделаны.

Термистор реагирует на экспоненциальное изменение и, следовательно, имеет константу бета-температуры, которая может быть использована для расчета сопротивления под любой заданный параметр окружающей среды.

Однако при использовании в схеме с последовательным резистором (например, в делителе напряжения или устройстве с мостом Уитстона) ток, полученный в ответ на напряжение, подаваемое на делитель (мост), линеаризуется с температурой. Соответственно, выходное напряжение на резисторе также линеаризуется.

Датчик температуры резистивный типа RTD

Другим типом измерительного датчика с электрическим сопротивлением является резистивный датчик температуры (RTD). Это прецизионные измерительные приборы, изготовленные из высокочистых проводящих металлов:

Электрическое сопротивление таких приборов изменяется в зависимости от температуры, аналогично термистору. Также доступны тонкопленочные RTD. Такого типа устройства имеют тонкую пленку платиновой пасты, осажденную на белую керамическую подложку.

Структурная схема на резистивный датчик температуры: 1 – свинцовая пломба; 2 – оболочка зонда; 3 – изолированный пакет проводов; 4 – RTD сенсор; 5 – термо-карман; 6 – пружинные крепления; 7 – съёмный стопор; 9 – терминальный блок; 9 — наконечник

Резистивные датчики температуры имеют положительные температурные коэффициенты (PTC), но в отличие от термистора, выход этих приборов предельно линейный. Поэтому получаются очень точные параметры измерения.

Тем не менее, приборы PTC имеют очень слабую тепловую чувствительность. То есть изменение температуры приводит к очень малым изменениям на выходе, например, 1 Ом на градус. Широко распространённые RTD сделаны на основе платины и называются «Platinum Resistance Thermometer» — PRT. Часто встречающийся представитель PRT — датчик Pt100.

Прибор обладает стандартным значением сопротивления 100 Ом при 0ºC. Однако платина как материал — дорогостоящая, соответственно этот тип устройства также является дорогостоящим. Как и термистор, RTD пассивные резистивные устройства.

Поскольку RTD является резистивным устройством, необходимо пропускать через него ток и контролировать результирующее напряжение. Тем не менее, любая вариация сопротивления, обусловленная нагреванием резистивных проводников при протекании через них тока (Закон Ома) вызывает ошибку в показаниях.

Чтобы этого избежать, RTD обычно подключается к схеме через мост Уитсона, который имеет дополнительные соединительные провода для компенсации. Или же применяется подключение к источнику постоянного тока.

Термопары как измерительные температурные датчики

Термопара представляет наиболее распространенный вид температурных датчиков. Термопара как датчик температуры популярна благодаря нескольким факторам:

Принцип действия термопары: J1 – горячий спай; J2 – холодный спай; 1 – металл железо; 2 – металл константан; 3 – поток тепла; V1, V2 – разница напряжений; Vвых – напряжение выхода

Одна часть соединения называется эталонным (холодным) спаем. Другая часть — измерительным (горячим) спаем. Когда оба контакта находятся под разными температурами, на стыке используется напряжение, которое используется для измерения температурного датчика, как показано ниже.

Принцип работы датчика температуры — термопары

Принцип работы термопары прост. Слияние двух разнородных металлов образует «термоэлектрический» эффект, который дает постоянную разность потенциалов всего в несколько милливольт (мВ).

Разность напряжений между двумя переходами называется «эффектом Зеебека». Поскольку градиент температуры генерируется вдоль проводящих контактов, создающих ЭДС, выходное напряжение термопары становится зависимым от изменений окружающей среды.

Если оба контакта находятся при одинаковой окружающей среде, разность потенциалов на двух переходах равна нулю. Другими словами, напряжение отсутствует, когда V1 = V2. Однако если соединения подключены внутри схемы и находятся под разными температурами, ситуация меняется.

Появляется выход напряжения относительно разницы значений между двумя переходами V1 — V2. Это различие в напряжении будет увеличиваться с температурой до тех пор, пока не будет достигнут пиковый уровень напряжения перехода. Этот момент будет определяться характеристиками двух разных разнородных металлов.

Конструкция одного из вариантов датчика на термопаре: 1 – спай; 2 – специальная проводка типа «J»; 3 – оболочка их нержавеющей стали; 4 – настраиваемый уплотнительный фитинг; 5 – армирование из нержавеющей стали

Цветовые коды позволят пользователю выбрать правильный датчик температуры на базе термопары для конкретного применения. Ниже в качестве примера приведена таблица — британский цветовой код стандартных термопар:

Три наиболее распространенных материала термопар, используемые для общего измерения окружающей среды:

Выходное напряжение от термопары очень мало, всего несколько милливольт (мВ) для изменения разности температур на 10°C. Поэтому по причине малого напряжения, на выходе обычно требуется какая-нибудь форма усиления.

Схемы усиления на датчик температуры — термопару

Тип усилителя, дискретного или операционного, необходимо тщательно подбирать, поскольку для предотвращения повторной калибровки термопары с частыми интервалами требуется стабильность дрейфа. Соответственно, предпочтительным видится применение модулятора и усилителя измерительного типа для большинства температурных зондов.

На видеоролике выше демонстрируется работа термопары, которой наделён системный датчик температуры чиллера. Также в рамках видео отмечается, как проверить работоспособность прибора и восстановить прибор в случае утери рабочего сопротивления.

Другие приборы подобного типа

Другие типы датчиков, не упомянутые здесь, включают в себя:

КРАТКИЙ БРИФИНГ

Источник