Skirtumai tarp termoparos, termistoriaus ir RTD

Temperatūros sąvoka

Fizinėje prasme šiluma yra energijos matas, turimos dėl netvarkingo jo molekulių ar atomų judėjimo. Tiesiog kaip teniso kamuolys turi daugiau energijos kartu su padidėjančia greičio, vidinės energijos kiekis kūne ar dujose didėja kartu su temperatūros kilimuo. Temperatūra yra kintamasis, kuris kartu su kitais parametrais, tokiiais kaip masė ir specifinė šiluma, aprašo kūno energijos turinį.

Pagrindinis temperatūros matavimo vienetas yra Kelvino laipsnis. Į 0 ° K (Elvin), kūno kiekviena molekulė yra ramioje būsenoje ir nėra daugiau šilumos. Todėl neegzistuoja neigiamoji temperatūra, nes nėra žemesnių energijos būsenų.

Kasdieniniame naudojime paprastai naudojamas centigradinis skalės (ankstesnis vadinimas – Celcius). Jo nulio taškas yra vandens užmiršimo taške, kurį praktiškai lengva atnaujinti. Dabar 0 ° C visai nėra žemiausia temperatūra, nes iš patirties žinome, kad tai ne taip. Pakeisdami centigradinę skalę iki žemiausios temperatūros, kurioje visi molekuliniai judesiai sustoja, pasiekiami – 273,15 laipsniai.

Žmogus turi galimybę matuoti temperatūrą per jausmus tik ribotame diapazone. Tačiau jam nepavyko tiksliai atkurti kiekybinio matavimo. Pirmasis kiekybinių temperatūros matavimų būdas buvo sukurtas Florėnoje pradžioje 17 amžiaus ir remėjosi alkoholio išplėtimu. Mastelis pagrįstas aukščiausiomis vasaros ir žiemos temperatūromis. Šimtus metų vėliau švedų astronomas Celsius pakeitė jį vandens pylimo ir kipimo taškais. Tai leidžia termostatui bet kada zoominti ir vėliau atkurti nurodymus.

Elektrinis temperatūros matavimas

Temperatūros matavimas yra svarbus daugelyje taikomųjų srityse, tokiuose kaip pastatų valdymas, maisto apdirbimas ir geležies bei petrocheminių produktų gamyba. Šios labai skirtingos programos reikalauja temperatūros jutiklių su skirtingomis fizines struktūromis ir dažniausiai su skirtingomis technologijomis.

Pramoniniu ir prekybos taikymuose matavimo taškai dažnai yra toli nuo rodymo ar valdymo taškų. Matavimų tolesnis apdorojimas dažniausiai reikalingas valdikliais, įrašytoju ar kompiuteriuose. Šie taikymai nepriimtini tiekiamiesi tiesiogiai termitais, kuriuos mes žinome iš kasdienes naudojimo, bet reikia konvertuoti temperatūrą į kitą prietaiso pavidalą - elektros signalą. Norint gauti šį nutolęs elektros signalą, dažniausiai naudojamas RTD (angl. Resistance Temperature Detector). Termistoriai ir termoparai.

RTD pasieks metalo varžos pokytį su temperatūra. Tai teigiama temperatūros koeficiento (PTC) jutikliai, kurių varža auga kartu su temperatūra. Pagrindiniai naudojami metalai yra platinas ir nikelis. Labiausiai plačiai naudojami jutikliai yra 100 ohmo arba 1000 ohmo RTDS arba platininiai varžos termitai.

RTD yra tiksliausias jutiklis pramoniniams taikymams ir taip pat užtikrina geriausią ilgalaikę stabilumą. Platino pasipriešinimo tikslumo atstovinis reikšmės + 0,5% nuo matomojo temperatūros. Per metus dėl senėjimo gali būti + 0,05 ° C pokytis. Platino temperatūros jutikliai turi temperatūrų intervalą – 200 iki 800 ° C.

Varžos pokytis su temperatūra

Metalo elektros laidumo priklauso nuo elektронų, kurie atlieka laidumą, judumo. Jei prie viršūnės sukčio pritaikomas potencialas, elektronai juda į teigiamąjį polę. Laidos defektai trukdo šiam judėjimui. Jie apima išorinius arba trūkstamus kristalinės tinklų atomus, atomus tarp dalelių ribų ir tarp tinklo vietų. Kadangi šie defekto vieta nėra temperatūros priklausomos, jos sukelia pastovų varžymą. Su temperatūros kilimo, metalo tinklo atomai parodo didesnius svyravimus aplink savo stacionarius pozicijas, taip trukdant elektронų, kurie atlieka laidumą, judėjimui. Kadangi svyravimai auga tiesiogiai proporcingai temperatūrai, jais sukeltas varžymo padidėjimas tiesiogiai priklauso nuo temperatūros.

Platinumas yra plačiai priimtas pramoninėse matavimo sistemose. Jo privalumai apima cheminią stabilumą, palyginti lengvą gamybą (ypač drąsos gamybai), galimybę gauti aukštos švaros formą bei atkurtinas elektros savybes. Šios savybės daro platinos varomąjį temperatūros jutiklį populiariausiu maišomuoju temperatūros jutikliu.

Termistoriai gaminiama iš kelių metalo oksidų ir jų varomasis pasikeitimas sumažėja su augančia temperatūra. Kadangi varomasis pasikeitimas sumažėja kartu su temperatūros kilimu, jis vadinamas neigiamuoju temperatūros koeficientu (NTC) jutikliu.

Dėl pagrindinio proceso pobūdžio, elektronų, veikiančių laidotinojo, skaičius didėja eksponentiškai su temperatūra; todėl charakteristika rodo griežtą augimą. Ši aiški nelygiaverčumas yra NTC rezistorių nuostoliais ir riboja jų veiksmingą temperatūros diapazoną apie 100 °C. Jie, be abejonės, gali būti linearizuojami naudojant automatizuotus kompiuterius. Tačiau tikslumas ir lygiaverčumas negali atitikti ilgo matavimo tarpo reikalavimus. Jų nuokrypis kintančiose temperatūrose taip pat yra didesnis nei RTD. Jų naudojimas ribojamas stebėjimo ir rodymo aplikacijoms, kuriose temperatūra nekilpa per 200 °C. Šioje paprastoje programoje jie iš tiesų yra geresni nei brangiausi termoparai ir RTD, atsižvelgiant į jų žemą kainą ir palyginti paprastus elektroninius grandinius, reikalingus.

Termokupolės pagrindas yra jungis tarp dviejų skirtingų metalų, termistoriaus. Termokupolės ir šiltnatis sukursima elektros įtampa didėja su temperatūra. Palyginti su varžymo šiltniais, jos turi aukštesnę temperatūros viršutinę ribą, su dideliu pranašumu kelias tūkstančius Celsius laipsnių. Jų ilgalaikė stabiliyba yra šiek tiek blogesnė (kelias laipsnius metų metu), o matavimo tikslumas yra šiek tiek geresnis (vidutiniškai + 0,75% matavimo diapazono). Jos dažnai naudojamos krosnyniuose, peclinėse, dūmų dujų matavimuose ir kitose srityse, kur temperatūros yra aukštesnės nei 250 ° C.

Termoelektrinis efektas

Kai dvi metalo rūšys yra jungtos kartu, dėl skirtingos elektronų ir metalinių jonų susidomino energijos kilnauja termoelektrinė įtampos. Įtampa priklauso nuo metalo paties ir temperatūros. Kad ši termoįtampa sukeltų srovę, abu metalus reikia jungti kitame galą, kad būtų uždarytas apvalkinis grandinis. Taip ant antro sąjungos taško kilnauja termoįtampa. Termoelektrinio efekto atrado Seebeck 1822 metais. Jau 1828 metais Becquerel pasiūlė naudoti platinos-paladio termoparą temperatūros matavimui.

Jeigu abi sąjungos temperatūros yra vienodos, nesilieka jokios srovės, nes daliniai slėgiai, sugeneruoti abiejose vietose, vienas kitą išlydoja. Kai sąjungos temperatūra skiriasi, sugeneruota įtampa skiriasi ir tekėja srovė. Todėl termopara gali matuoti tik temperatūrų skirtumą.

Matavimo taškas yra jungtis, pateiktą matuojamojo temperatūros poveikį. Referencinė jungtis yra jungtis su žinoma temperatūra. Kadangi žinoma temperatūra dažniausiai yra žemesnė nei matuojamoji temperatūra, referencinė jungtis dažniausiai vadinama šalta jungtis. Norint apskaičiuoti tikrąjį matavimo taško temperatūrą, būtina žinoti šalčio galio temperatūrą.

Senesni prietaisai naudoja termostatinę valdymo jungčių dėžes, kad palaikytų šaltojo galio temperatūrą žinomose reikšmėse, pvz., 50 °C. Sudėtingesni prietaisai naudoja plonų filmą išdirbiantį RTD šaltame gale, kad nustatytų jo temperatūrą ir apskaičiuotų matavimo taško temperatūrą.

Termoelektrinis efektas sukurs labai mažą įtampos vertę, kuri sudaro tik kelis mikrovoltaus per laipsnį Celzsiaus. Todėl termoparos paprastai nenaudojamos temperatūrų intervale nuo –30 iki +50 °C, nes skirtumas tarp referencinės jungties temperatūros ir šaltojo galio temperatūros yra per mažas, kad sukeltų nekenksmingą signalą.

RTD laiduotė

Oro temperatūros matomoje termostatoje, varjacija yra proporcinga temperatūrai. Siekiant įvertinti išvesties signalą, per jį einantis srovė yra pastovus, o matomas jo galvoslinkis. Šiam galvoslinkio atveju, veikia Ohmo dėsnis: v = IR.

Matavimo srovė turi būti kuo mažesnė, kad nešilintų jutiklio. Galima laikyti, kad 1mA matavimo srovė nesukels jokių rimtų klaidų. Srovė sukelia PT 100 viduje galvoslinkio 0,1V priklausomai nuo 0 ℃. Šis signalo galvoslinkis dabar turi būti perduodamas jungties kabliu į rodymo ar įvertinimo tašką su minimaliomis modifikacijomis. Yra keturių skirtingų jungčių tipai:

2 laidų jungtis

Thermometro ir vertinimo elektronikos jungimui naudojamas 2-jų žiedų kabeltas. Kaip bet koks kitas elektros laidų konduktorius, kabeltas turi pasipriešinimą, esantį serija su temperatūros jutikliu. Jų rezultate abu pasipriešinimai sudedami kartu, o elektronika tai interpretuoja kaip temperatūros kilimą. Ilgesniems atstumams linijos pasipriešinimas gali pasiekti kelis omus ir sukelti didelę matomojo reikšmės nuokrypį.

3 laidų jungtis

Norėdami sumažinti linijos varžio ir jo temperatūros priklausomybės poveikį, dažniausiai naudojamas trysijų grandinės schematas. Ji apima papildomų laidų pritvirtinimą prie vieno iš RTD kontaktų. Tai sukuria du matavimo grandynes, viena iš kurių naudojama kaip nuoroda. Trisijų grandinė gali kompensuoti laidų varžį dėl jo dydžio ir temperatūros kaitos. Tačiau visos trys laidai turi turėti tas patus charakteristikas ir būti pakabintos tiek pat aukšta temperatūra. Tai dažnai taikoma pakankamai, kad trisijų grandinė taps labiausiai plačiai naudojama metode šiandien. Nereikalingas jų balansavimas.

4 laidų jungtis

Geriausias stiprumo termometro jungimo būdas yra 4-jų laidų schema. Matavimas neatsižvegia nei nuo linijos varžio, nei nuo temperatūros sukeltų pokyčių. Nereikalinga jokių linijų balansavimo. Termometras tiekia matavimo srovę per galią jungiantį ryšį. Vilties nykstamasis įtampa gaunamas per matavimo liniją. Jei elektroninio įrenginio įvesties varžmuo yra daug kartų didesnis už linijos varžį, galima paminėti antrąjį. Taip nustatyta įtampa nepriklauso nuo jungiamosios kablių charakteristikų. Ši technika paprastai naudojama tik moksliniams prietaisams, kurie reikalauja matavimo tikslumo vieno šimtojo.

2-laidės transliatorius

Naudojant 2-kablių transmetjerį vietoje daugiau kablių turinčio kabelio, gali būti išvengta 2-kablių grandinės problemos, apibūdinamos aukščiau. Transmetjeris konvertuoja jutiklio signalą į suvaldytą 4-20mA srovės signalą, kuris yra proporcingas temperatūrai. Transmetjeriui tiekiamas energijos tiekimas taip pat einantis per tuos pačius du jungimus, naudojant pagrindinę 4 mA srovę. 2-kablių transmetjeris teikia papildomą pranašumą – signalo stiprinimas greičiausiai sumažina išorinių sutrikimų poveikį. Yra du būdai transmetjeriui įdiegti. Kadangi nesustiprintų signalų atstumas turi būti kaip galima trumpesnis, stiprintuvas gali būti tiesiai įmontuotas termitrofimo terminalo galve. Tai geriausias sprendimas kartais yra neįmanomas dėl konstrukcinio pobūdžio arba dėl to, kad atsitiktinai transmetjeris gali būti sunkiai pasiekiamas, jeigu įvyks nepavyko. Šiuo atveju stojamasis transmetjeris montuojamas valdymo skryne. Geriausios prieigos pranašumas tai, kad jis yra įsigytas verta ilgesnio atstumo, kurį nesustiprintas signalas turi nuvažiuoti.

Termistoro prijungimas

Termistoro varža dažniausiai yra kelis magnitudus didesnė už bet kokią laidų varžą. Todėl laidų varžos poveikis temperatūros nustatymui yra nesvarbus, o termistorai beveik visada jungiami 2-laidžių konfigūracijoje.

Termoparos prijungimas

Priešingai nei RTDS ir termistorams, termoparose yra teigiama ir neigiama koja, todėl reikia laikytis poliarumo. Jos gali būti sujungtos tiesiai su vietiniu 2-laidžių transliatoriumi, o varniškės laidos gali būti grąžintos į gavimo prietaisą. Jei gavimo prietaisas gali tiesiogiai priimti termoparos įvestį, visą kelią atgal į gavimo prietaisą turi būti naudojama ta pati termoparos laidą arba termoparos išplėtimo laidą.