EN
Temperatuuri mõiste
Füüsika vaatepunktist on külmus keha sisemise energiamahtu määratus, mis põhineb tema molekulide või aatommite irrugulises liikumises. Samamoodi nagu tennispalad suurenevad kiirusega oma energiasisaldos, nii suureneb keha või gaasi sisemine energia temperatuuri tõstmisel. Temperatuur on muutuja, mis koos teiste parameetritega, nagu mass ja spetsiifiline külmus, kirjeldab keha energiasisu.
Temperatuuri aluseks on Kelvin skaala. 0 ° K (Kelvin) peal on kehas olevad kõik molekulid rahuldasel ja ei ole enam külmust. Seega pole negatiivse temperatuuri olemas, sest ei ole olemas madalamat energiataset.
Igasuguses päevastikus kasutuses on tavaline praktika kasutada sentigradation (varem ka sentigraadse). Selle nullpunkt asub vea sulamispunktis, mida on praktikas hõlpsasti taastatav. Praegu ei ole 0 °C üldse kõige madalam temperatuur, sest see on igal poolt kogemuse järgi teada. Laiendades sentigradskaalu kuni punktini, kus lõpetab kõik molekulaarliikumine, jõuame – 273,15 kraadi ni.
Inimene võib temperatuuri mõõta oma tunnete kaudu piiratud ulatuses. Siiski polnud tal võimalik täpselt taastada kvantitatiivseid mõõteid. Esimene kuju kvantitatiivsest temperatuuri mõõtmisest arendati Florences alguseses 17. sajandis ja põhines alkoholi laienemisel. Skaala põhineb suve ja talve kõrgeimate temperatuuride pealt. Sada aastat hiljem asendas rootsi astronoom Celsius selle vea sulamis- ja kehvapunktidega. See annab termomeetritel võimaluse suurendada ja vähendada millalgi ning hiljem lugemised taastada.
Elektrilise mõõtmise temperatuur
Temperatuuri mõõtmine on oluline mitmesugutes rakendustes, nagu hoonejuhtimine, toidu töötlemine ja terase ning peetolekumitsete tootmise protsessides. Need väga erinevad rakendused nõuavad temperatuurisensoritest erinevat füüsikalist struktuuri ja tavaliselt ka erinevaid tehnoloogiaid.
Tööstuses ja kaubanduses asuvad mõõtmispunktide tavaliselt kaugemal indikatsiooni või juhtimispunktidest. Mõõtmiste edasine töötlemine toimub tavaliselt juhtimissüsteemides, registreerijates või arvutites. Need rakendused ei ole sobivad termomeetrite suuna täpsuseks indikatsiooniks, nagu neid igapäevast kasutamisest tunneme, vaid nende temperatuuri tuleb teisendada mingi teise seadme elektrilise signaalina. Elektrilise signaali kaugmõõtmiseks kasutatakse tavaliselt RTD-d. Termistoreid ja termopaare.
RTD võtab vastu metalli temperatuuriga seotud takistuse muutuse omaduse. Need on positiivse temperatuurikordajaga (PTC)感应rid, mille takistus kasvab temperatuuriga. Peamised kasutatavad metallid on platiin ja nikkel. Kõige laiasemalt kasutatavad sensorid on 100 ommi või 1000 ommi RTD-d või platiiniresistentsed termomeetrid.
RTD on tõenäoliselt täpseim sensor industrialisates rakendustes ja pakub ka parimat pikaajalist stabiilsust. Platüümi takistuse täpsuse esindav väärtus on + 0,5% mõõdetud temperatuurist. Aasta jooksul võib vananemise tõttu esineda kuni + 0,05 °C muutus. Platüümi temperatuurmeetrid hõlmavad temperatuuri ulatust – 200 kuni 800 °C.
Takistuse muutus temperatuuriga
Metalli joonuse sõltub viimiste elektronite liikumisvõimest. Kui pinge rakendatakse joone lõppu, siis liigutavad need elektronid positiivsele pooltule. Vead võrgussestruktsioonis häirivad seda liikumist. Need hõlmavad väliseid või puuduvaid võrguatuome, atome kristalitahkete ja võrgupositsioonide vahel. Kuna need vigased asukohad ei sõltu temperatuurist, toodavad nad konstantse resistentsuse. Temperatuuri tõusu korral näitavad metallivõrgus võrguatomed suuremat ostsillatsiooni oma fikseeritud positsioonides ning see takistab viimiste elektronite liikumist. Kuna ostsillatsioon suureneb temperatuuriga lineaarselt, sõltub ostsillatsioonilt pärineva resistentsuse suurenemine otsest teed temperatuurist.
Platii on laialdaselt kasutusel tööstusmõõtmistes. Selle eelised hõlmavad keemilist stabiilsust, võrdlevat lihtsat tootmist (eriti draadide tootmiseks), võimalust saada see kõrge puhtusega ja taastavate elektriliste omaduste. Need omadused muudavad platii vastupidusse sensori enim levinuks vahetuvaks temperatuurisensoriks.
Termistrid valmistatakse mõne metalliohuna ja nende takistus kahaneb temperatuuri tõstmise korral. Kuna takistusomadus kahaneb temperatuuri tõstmise korral, nimetatakse seda negatiivse temperatuurikordajaga (NTC) sensoriks.
Põhijuhuse olemuse tõttu kasvab joonduva elektronide arv eksponentsiaalselt temperatuuriga; seega näitab karakteristik tugevat kasvu. See ilmselge mittelineaarne omadus on NTC resistiivsete elementide ebaoluliseks omaduseks ja piirab nende efektiivset temperatuuri ulatust umbes 100 °C-ni. Need võivad luonnalt lineaarseteks teha automaatsed arvutid. Siiski ei saa täpsus ja lineaarsus rahuldada suurte mõõtmisulatuste nõudeid. Nende vahelduvate temperatuuridega drifit on ka suurem kui RTD-de juures. Nende kasutamine on piiratud jälgimise ja indikaatorsete rakendustega, kus temperatuur ei ületagi 200 °C. Selles lihtsa rakenduses on need tegelikult suuremate hindade termopaaride ja RTD-de suhtes paremad, arvestades nende madalat hinda ja siserakkumitega nõuda vajalike suhtelist lihtsamaid elektronikasid.
Termopari põhiline printsiip on kahe erineva metalli ühendus, termistor. Termopari poolt toodetud pinge ja RTD suureneneb temperatuuriga. Võrreldes vastupidistega termomeetritega, on nende juures kõrgem alttemperatuuripiir, millega on märkimisväärne eelis mitmeid tuhat kraadi Celssius. Nende pikaajaline stabiilsus on veidi halvem (mõned kraadid aasta pärast), ning mõõtkindlus on veidi madalam (keskmine + 0.75% mõõtmispiirist). Need kasutatakse tavaliselt küpsetamiskangutes, ahtrites, suitsu gaasi mõõtmisel ja muudes valdkondades, kus temperatuur on kõrgem kui 250 °C.
Termodroomiline efekt
Kui kaks metalli on ühendatud, tekib termoelektriline pinge elektronide ja metalli jonide erineva sidusenergia tõttu. Pinge sõltub metallist ise ja temperatuurist. Selleks, et see termopinge toodaks voolu, peavad need kaks metalli olema teisel otsal muidugi ka omavahel ühendatud, et moodustada sulgete ring. Nii tekib teisel punktil ka termopinge. Termoelektriline efekt avastas Seebeck 1822. Juba 1828 soovitas Becquerel platüüdi-palladiumi termopaari kasutamist temperatuuri mõõtmiseks.
Kui mõlematel punktides on sama temperatuur, siis pole voolu, sest punktides tekkinud osapinger tühjendavad end vastastikku. Kui temperatuurid punktides on erinevad, siis tekkinud pinged on erinevad ning vool voolab. Seega saab termopaar mõõta ainult temperatuuri erinevust.
Mõõtmispunkt on ühendus, mis on pakutud mõeldud temperatuurile. Viiteühendus on ühendus teadmise all olevas temperatuuris. Kuna teadmise all olev temperatuur on tavaliselt madalam kui mõeldud temperatuur, nimetatakse viiteühendust tavaliselt külmaks ühenduseks. Tegeliku mõõtmispunkti temperatuuri arvutamiseks peab olema teada külm lõpp temperatuur.
Vanaemad seadmed kasutavad termostaatilist kontrolli ühenduslaiades, et hoida külm ühenduse temperatuuri teadmise all olevates väärtustes nagu 50c. Modernsed seadmed kasutavad kuivfilmi RTD külmal lõpul, et kindlaks teha selle temperatuur ja arvutada mõõtmispunkti temperatuur.
Termoelektriline efekt toodab väga väikese pinge, mis on ainult mõned mikrovoltid kraadi celsiuse kohta. Seetõttu kasutatakse termopaarideid tavaliselt mitte ulatuses – 30 kuni + 50 ° C, kuna viiteühenduse temperatuuri ja viiteühenduse temperatuuri vahe on liiga väike, et toota mitteseeritud signaalit.
RTD kaabeldamine
Vastupidul temperatuurisõlmikus muutub vastus temperatuuriga. Väljundsignaali hindamiseks läbib selle läbi püsivool ja mõõdetakse sellest tekkinud pingetunnust. Sellel pingetunnusel kehtib Ohmi seadust, v = IR.
Mõõtuvool peaks olema võimalikult väike, et vältida sensori ületermitamist. Saab arvestada, et 1mA suurune mõõtuvool ei too kaasa olulist vea. See vool tekitab PT 100-is 0,1V suuruse pingetunnuse 0 ℃ korral. Selle signaali tuleb nüüd ühenduskabli kaudu minimaalse muutmata edastada näituspunktini või hindamispunktini. On olemas nelja erinevat ühenduskorrapärda:
kahejuhtne ühendus
Termomeetri ja hindamise elektronikavahelise ühenduse jaoks kasutatakse 2-juhli kablit. Nagu igal muul elektrilisel joonel, on kaabli juhtidel serieühenduses platüümi temperatuurmeetriga takistus. Tulemusena liidetakse need kaks takistust kokku ning elektronika tõlgendab seda kui temperatuuri tõusu. Pikkate kauguste puhul võib joone takistus jõuda mitmeid ohiimeetrite niikuinii, mis toob kaasa olulise mõõdväärtuse häirimise.
kolmejuhtne ühendus
Et vähendada joone resistentsuse ja selle temperatuuriga seotud muutuste mõju, kasutatakse tavaliselt kolmejoonelist ringlust. See hõlmab täiendavate joonte juhtimist RTD ühele kontaktile. See võimaldab luua kahte mõõtmiskontsentratorit, kus üks neist kasutatakse etalonina. Kolmejooneline ringlus võib kompenseerida joone resistentsuse arvu ja temperatuurimuutuste poolest. Siiski peavad kõik kolm joont omama samu karakteristikke ja olema pakutud sama temperatuuri all. Seda rakendatakse tavaliselt piisavalt laialdaselt, et kolmejoonelised ringlused oleksid tänapäeval laialdaselt kasutatavaim meetod. Joone tasakaalustamine pole nõuetekohane.
neliujuhtne ühendus
Parim ühendusviis takistusega temperatuurmeetri jaoks on neli-järgeline võrk. Mõõtmise tulemus ei sõltu既 mitte juhtide takistusest ega temperatuuri põhjustatud muutustest. Juhtide tasakaalustamist pole vaja teha. Temperatuurmeetri pakkub mõõtmiskuju läbi võimsuse ühenduse. Juhtide mõõtmisel tekkinud pingevälja võetakse mõõtjuhil ära. Kui elektronikaseadme sisendtakistus on palju suurem kui juhtide takistus, siis viimane võib eirata. Selliselt kindlatud pingevälja on sõltumatu ühenduskabli omadustest. See tehnik on tavaliselt kasutatav ainult teaduslike seadmete puhul, mis nõuavad mõõtmisõigsuseid ühe sadikuni.
2-järgeline transmittent
Kasutades 2-sõrmelise transmittijat mitmesõrme kaabli asemel, saab vältida 2-sõrmelise sirkudi probleemi, mis on kirjeldatud ülal. Transmittija teisendab sensori signaali normeeritud 4-20mA voolusignaaliks, mis on temperatuuriga suhteline. Transmittija toimetamine toimib samuti kaudu need kaks ühendust, kasutades põhipõhivoolu 4 mA. 2-sõrmeline transmittija pakub veel ühte eelisega, nimelt signaali suurendamisega väheneb tugevalt väliseid häireid mõju. On olemas kaks võimalust transmittija paigutamiseks. Kuna mittesuurendatud signaalide kaugus peaks olema võimalikult lühike, võib suurendaja paigutada otse termomeetri terminalpeal. See parim lahendus ei pruugi mõnikord olla võimalik struktuuri pärast või arvesse võetudes, et transmittija võib olla raske ligipääsuga puhkuse korral. Sellisel juhul paigutatakse ristrikule maanduv transmittija juhtimiskasti. Parima ligipääsu eelis on ostetud maksma pikema kauguse, mida mittesuurendatud signaal peab sõitmiseks läbi minema.
Termistori kaabeldamine
Termistri takistus on tavaliselt mitmeid järge suurem kui mis tahes juheliini takistus. Seega on juheliini takistuse mõju temperatuurimõõtmistele vähim, samal ajal kui termistrid ühendatakse peaaegu alati kahejuhilises konfiguratsioonis.
Termodüöppide kaabeldamine
Vastupidi RTD-dele ja termistritele on termodüöppidel positiivne ja negatiivne jalga, nii et polaarsust tuleb hoida silmas. Need võivad olla ühendatud otse kohapealsele kahejuhilisele transmittijale ja kopert kaabel tagastatakse vastuvõtva seadmesse. Kui vastuvõtvas seadmes võib termodüöppide sisend otse aktsepteerida, peab kasutama sama termodüöppide kaablit või termodüöppide laienduskaablit kogu tee tagasi vastuvõtva seadmeni.
Külm uudised