Отличие терморезистора от термопары

Содержание

Терморезистор

Отличие терморезистора от термопары

> Теория > Терморезистор

Термодатчик относится к числу наиболее часто используемых устройств. Его основное предназначение заключается в том, чтобы воспринимать температуру и преобразовывать ее в сигнал. Существует много разных типов датчиков. Наиболее распространенными из них являются термопара и терморезистор.

Виды термодатчиков

Виды

Обнаружение и измерение температуры – очень важная деятельность, имеет множество применений: от простого домохозяйства до промышленного.

Термодатчик – это устройство, которое собирает данные о температуре и отображает их в понятном для человека формате.

Рынок температурного зондирования демонстрирует непрерывный рост из-за его потребности в исследованиях и разработках в полупроводниковой и химической промышленностях.

Термодатчики в основном бывают двух типов:

  • Контактные. Это термопары, заполненные системные термометры, термодатчики и биметаллические термометры;
  • Бесконтактные датчики. Это инфракрасные устройства, имеют широкие возможности в секторе обороны из-за их способности обнаруживать тепловую мощность излучения оптических и инфракрасных лучей, излучаемых жидкостями и газами.

Термопара (биметаллическое устройство) состоит из двух разных видов проводов (или даже скрученных) вместе. Принцип действия термопары основан на том, что скорости, с которыми расширяются два металла, между собой отличаются. Один металл расширяется больше, чем другой, и начинает изгибаться вокруг металла, который не расширяется.

Терморезистор – это своего рода резистор, сопротивление которого определяется его температурой. Последний обычно используют до 100 ° C, тогда как термопара предназначена для более высоких температур и не так точна. Схемы с использованием термопар обеспечивают милливольтные выходы, в то время как термисторные схемы – высокое выходное напряжение.

Важно! Основное достоинство терморезисторов заключается в том, что они дешевле термопар. Их можно купить буквально за гроши, и они просты в использовании.

Принцип действия

Терморезисторы обычно чувствительны и имеют разное термосопротивление. В ненагретом проводнике атомы, составляющие материал, имеют тенденцию располагаться в правильном порядке, образуя длинные ряды. При нагревании полупроводника увеличивается количество активных носителей заряда. Чем больше доступных носителей заряда, тем большей проводимостью обладает материал.

Сопротивление медного провода

Кривая сопротивления и температуры всегда показывает нелинейную характеристику. Терморезистор лучше всего работает в температурном диапазоне от -90 до 130 градусов по Цельсию.

Важно! Принцип работы терморезистора основан на базовой корреляции между металлами и температурой. Они изготавливаются из полупроводниковых соединений, таких как сульфиды, оксиды, силикаты, никель, марганец, железо, медь и т. д., могут ощущать даже небольшое температурное изменение.

Электрон, подталкиваемый приложенным электрическим полем, может перемещаться на относительно большие расстояния до столкновения с атомом. Столкновение замедляет его перемещение, поэтому электрическое «сопротивление» будет снижаться.

При более высокой температуре атомы больше смещаются, и когда конкретный атом несколько отклоняется от своего обычного «припаркованного» положения, он, скорее всего, столкнется с проходящим электроном.

Это «замедление» проявляется в виде увеличения электрического сопротивления.

Для информации. Когда материал охлаждается, электроны оседают на самые низкие валентные оболочки, становятся невозбужденными и, соответственно, меньше двигаются. При этом сопротивление движению электронов от одного потенциала к другому падает. По мере увеличения температуры металла сопротивление металла потоку электронов увеличивается.

Особенности конструкций

По своей природе терморезисторы являются аналоговыми и делятся на два вида:

  • металлические (позисторы),
  • полупроводниковые (термисторы).

Позисторы

Материалом для терморезисторов можно использовать далеко не любые проводники тока, так как к этим устройствам предъявляются некоторые требования. Материал для их изготовления должен обладать высоким ТКС.

Для таких требований подходят медь и платина, не считая их высокой стоимости.

Практически широко применяются медные образцы терморезисторов ТСМ, у которых линейность зависимости сопротивления от температуры намного выше.

Их недостатком является малое удельное сопротивление, быстрая окисляемость. В связи с этим термосопротивления на основе меди имеют ограниченное применение, не более 180 градусов.

Позисторы PTC предназначены для ограничения тока при нагревании от более высокой рассеиваемой мощности. Поэтому их размещают последовательно в цепь переменного тока, чтобы уменьшить ток.

Они (буквально любой из них) становятся горячими от слишком большого тока.

Эти приспособления используют в устройстве защиты цепи, таком как предохранитель, в качестве таймера в схеме размагничивания катушек ЭЛТ-мониторов.

Для информации. Что такое позистор? Прибор, электрическое сопротивление которого растет в зависимости от его температуры, называется позистором (PTC).

Примеры позисторов

Термисторы

Устройство с отрицательным температурным коэффициентом (это когда, чем выше температура, тем ниже сопротивление) называется терморезистором NTC.

Для информации. Все полупроводники имеют меняющееся сопротивление по мере увеличения или уменьшения температуры. В этом проявляется их сверхчувствительность.

Характеристики и обозначение термистора

Термисторы NTC широко используются в качестве ограничителей пускового тока, самонастраивающихся сверхтоковых защит и саморегулируемых нагревательных элементов. Обычно эти приборы устанавливаются параллельно в цепь переменного тока.

Их можно встретить повсюду: в автомобилях, самолетах, кондиционерах, компьютерах, медицинском оборудовании, инкубаторах, фенах, электрических розетках, цифровых термостатах, переносных обогревателях, холодильниках, печах, плитах и других всевозможных приборах.

Термистор используется в мостовых цепях.

Технические характеристики

Закон Ома для неоднородного участка цепи

Терморезисторы используют в батареях зарядки. Их основными характеристиками являются:

  1. Высокая чувствительность, температурный коэффициент сопротивления в 10-100 раз больше, чем у металла;
  2. Широкий диапазон рабочих температур;
  3. Малый размер;
  4. Простота использования, значение сопротивления может быть выбрано между 0,1 ~ 100 кОм;
  5. Хорошая стабильность;
  6. Сильная перегрузка.

Качество прибора измеряется с точки зрения стандартных характеристик, таких как время отклика, точность, неприхотливость при изменениях других физических факторов окружающей среды. Срок службы и диапазон измерений – это еще несколько важных характеристик, которые необходимо учитывать при рассмотрении использования.

Компактные терморезисторы

Область применения

Термисторы не очень дорогостоящие и могут быть легко доступны. Они обеспечивают быстрый ответ и надежны в использовании. Ниже приведены примеры применения устройств.

Термодатчик воздуха

Автомобильный термодатчик – это и есть терморезистор NTC, который сам по себе является очень точным при правильной калибровке. Прибор обычно расположен за решеткой или бампером автомобиля и должен быть очень точным, так как используется для определения точки отключения автоматических систем климат-контроля.  Последние регулируются с шагом в 1 градус.

Температурный датчик

Автомобильный термодатчик

Терморезистор встраивается в обмотку двигателя. Обычно этот датчик подключается к реле температуры (контроллеру) для обеспечения «Автоматической температурной защиты».

Когда температура двигателя превышает заданное значение, установленное в реле, двигатель автоматически выключается.

Для менее критического применения он используется для срабатывания сигнализации о температурном превышении с индикацией.

Датчик пожара

Можно сделать свое собственное противопожарное устройство. Собрать схему из термистора или биметаллических полосок, позаимствованных из пускателя. Тем самым можно вызвать тревогу, основанную на действии самодельного термодатчика.

Дымовой извещатель

В электронике всегда приходится что-то измерять, например, температуру. С этой задачей лучше всего справляется  терморезистор  – электронный компонент на основе полупроводников. Прибор обнаруживает изменение физического количества и преобразуется в электрическое количество.

Они являются своего рода мерой растущего сопротивления выходного сигнала. Существует две разновидности приборов: у позисторов с ростом температуры растет и сопротивление, а у термисторов оно наоборот падает. Это противоположные по действию и одинаковые по принципу работы элементы.

Источник: https://elquanta.ru/teoriya/termorezistor.html

Термометры сопротивления: виды, типы конструкции, классы допуска

Отличие терморезистора от термопары

Термометрия относится к наиболее простым и эффективным методам измерений. Она основана на том, что физические свойства материала меняются в зависимости от температуры.

В частности, измеряя сопротивление металла, сплава или полупроводникового элемента, можно определить его температуру с высокой степенью точности. Датчики такого типа называются термоэлектрическими или термосопротивлениями.

Предлагаем рассмотреть различные виды этих устройств, их принцип работы, конструкции и особенности.

Виды термодатчиков

Наиболее распространенными считаются следующие типы термометров сопротивления (далее ТС):

  1. Полупроводниковые датчики. Отличительные особенности этих приборов заключается в высокой точности и стабильной чувствительности, а также в возможности измерения быстротечных процессов. Благодаря низкому измерительному току имеется возможность работы со сверхнизкими температурами (до -270°С). Пример конструкции полупроводникового ТС.Конструкция термистора

Обозначения:

  • А – Выводы измерителя.
  • В – Стеклянная пробка, закрывающая защитную гильзу.
  • С – Защитная гильза, наполненная гелием.
  • D – Электроизоляционная пленка, покрывающая внутреннюю часть гильзы.
  • E – Полупроводниковый чувствительный элемент (далее ЧЭ), в приведенном примере это германий, легированный сурьмой.
  1. Металлические датчики. У таких измерителей в качестве ЧЭ выступает проволочный или пленочный резистор, помещенный в керамический или металлический корпус. Металл, используемый для изготовления чувствительного элемента, должен быть технологичен и устойчив к окислению, а также обладать достаточным температурным коэффициентом. Таким критериям практически идеально отвечает платина. Там, где не столь высокие требования к измерениям, может использоваться никель или медь. В качестве примера можно привести термодатчики: PT1000, PT500, ТСП 100 П, ТСП pt100, ТСП 50П, ТСМ 296, ТСМ 045, ТС 125, Jumbo, ДТС Овен и т.д.

Расшифровка аббревиатур

Чтобы не возникало вопросов, что такое ТСМ, приведем расшифровку этой и других аббревиатур:

  • ТСМ это термометр сопротивления (ТС), в чувствительном элементе (ЧЭ) которого используется медная проволока (М).
  • ТСП, в применяется платиновый (проволока из платины) ЧЭ.
  • КТС б – обозначение комплекта из нескольких платиновых ТС., позволяющих провести многозонные измерения, как правило, монтаж таких устройств производится на вход и выход системы отопления, чтобы установить разность температур.
  • ТПТ – технический (Т) платиновый термометр (ПТ).
  • КТПТР – комплект из ТПТ приборов, буква «Р» в конце указывает, что может производиться не только измерение разницы температур между различными датчиками.
  • ТСПН – «Н» в конце ТСП, обозначает, что датчик низкотемпературный.
  • НСХ – под данным сокращением подразумевается «номинальная статическая характеристика», соответствующая стандартной функции «температура-сопротивление». Достаточно посмотреть таблицу НСХ для pt100 или любого другого датчика (например, pt1000, rtd, ntc и т.д.), чтобы иметь представление о его характеристиках.
  • ЭТС – эталонные приборы, служащие для калибровки датчиков.

Чем отличается термосопротивление от термопары?

Схема термопары, ее конструкция, а также принцип работы существенно отличается от термометра сопротивления, расскажем об этом простыми словами. У устройства pt100, а также других датчиков, принцип действия основан на сопоставимости между изменением температуры металла и его сопротивлением.

Принцип термопары построен на различных свойствах двух металлов собранных в единую биметаллическую конструкцию. Устройство, подключение, назначение термопары, а также описание погрешности этих приборов будет рассмотрено в отдельной статье.

Сейчас достаточно понимать, что термопара и ТСП, например pt100, это совершенно разные приборы, отличающиеся принципом работы.

Платиновые измерители температуры

Учитывая распространенность металлических датчиков, имеет смысл привести краткое описание этих устройств, чтобы наглядно показать сравнительные характеристики различных видов, особенности, а также описать сферу применения.

В соответствии с нормами ГОСТ 6651 2009 и МЭК 60751, у рабочих приборов данного типа значение температурного коэффициента должно быть 0,00385°С-1, эталонных – 0,03925°С-1. Диапазон измеряемой температуры: от-196,0°С до 600,0°С.

К несомненным достоинствам следует отнести высокий коэффициент точности, близкую к линей характеристику «Температура-сопротивление», стабильные параметры. Недостаток – наличие драгметаллов увеличивает стоимость конструкции.

Необходимо заметить, что современные технологии позволяют минимизировать содержание этого металла, что делает возможным снижение стоимости продукции.

Основная область применения – контроль температуры различных технологических процессов. Например, такой прибор может быть установлен в трубопроводе, в котором плотность рабочей среды сильно зависит от температуры. В этом случае показания вихревой расходометра корректируются информацией о температуре рабочей среды.

Датчик термопреобразователь ТСП 5071 производства Элемер

Никелевые термометры сопротивления

Температурный коэффициент (далее ТК) у данного типа измерительных устройств самый высокий – 0,00617°С-1. Диапазон измеряемых температур также существенно уже, чем у платиновых ЧЭ (от -60,0°С до 180,0°С).

Основное достоинство данных приборов – высокий уровень выходного сигнала.

В процессе эксплуатации следует учитывать особенность, связанную с приближением температуры нагрева к точке Кюри (352,0°С), вызывающую существенное изменение параметров ввиду непредсказуемого гистерезиса.

Данные устройства практически не используются, поскольку в большинстве случаев их можно заменить приборами с медными чувствительными элементами, которые существенно дешевле и технологичнее (проще в производстве).

Медные датчики (ТСМ)

ТК медных измерительных приборов – 0,00428°С-1, диапазон измеряемых температур немного уже, чем у никелевых аналогов (от -50,0°С до 150°С).

К несомненным преимуществам медных измерителей следует отнести их относительно невысокую стоимость и наиболее близкую к линейной характеристику «температура-сопротивление».

Но, узкий диапазон измеряемых температур и низкие параметры удельного сопротивления существенно ограничивают сферу применения термопреобразователей ТСМ.

Внешний вид термопреобразователя ТСМ 1088 1
Но, тем не менее, медные датчики рано списывать, есть немало примеров удачных реализаций, например, ТХА Метран 2700, который предназначен как для различных видов промышленности, но также удачно используется в ЖКХ.

Учитывая, что платиновые терморезисторы наиболее востребованы, рассмотрим варианты их конструктивного исполнения.

Типовые конструкции платиновых термосопротивлений

Наиболее распространение получило исполнение ЧЭ в ПТС, называемое «свободной от напряжения спиралью», у зарубежных изготовителей оно проходит под термином «Strain free». Упрощенный вариант такой конструкции представлен ниже.

Конструктивное исполнение «Strain free»

Обозначения:

  • А – Выводы термоэлектрического элемента.
  • В – Защитный корпус.
  • С – Спираль из платиновой проволоки.
  • D – Мелкодисперсный наполнитель.
  • E – Глазурь, герметизирующая ЧЭ.

Как видно из рисунка, четыре спирали из платиновой проволоки, размещают в специальных каналах, которые потом заполняются мелкодисперсным наполнителем. В роли последнего выступает очищенный от примесей оксид алюминия (Al2O3).

Наполнитель обеспечивает изоляцию между витками проволоки, а также играет роль амортизатора при вибрациях или когда происходит ее расширение, вследствие нагрева.

Для герметизации отверстий в защитном корпусе применяется специальная глазурь.

На практике встречается много вариаций типового исполнения, различия могут быть в дизайне, герметизирующем материале и размерах основных компонентов.

Исполнение Hollow Annulus.

Данный вид конструкции относительно новый, она разрабатывалась для использования в атомной индустрии, а также на объектах особой важности. В других сферах датчики данного типа практически не применяются, основная причина этого высокая стоимость изделий. Отличительные особенности высокая надежность и стабильные характеристики. Приведем пример такой конструкции.

Пример исполнения «Hollow Annulus»

Обозначения:

  • А – Выводы с ЧЭ.
  • В – Изоляция выводов ЧЭ.
  • С – Изолирующий мелкодисперсный наполнитель.
  • D – Защитный корпус датчика.
  • E – Проволока из платины.
  • F – Металлическая трубка.

ЧЭ данной конструкции представляет собой металлическую трубку (полый цилиндр), покрытый слоем изоляции, сверху которой наматывается платиновая проволока. В качестве материала цилиндра используется сплав с температурным коэффициентом близким к платине. Изоляционное покрытие (Al2O3) наносится горячим напылением. Собранный ЧЭ помещается с защитный корпус, после чего его герметизируют.

Для данной конструкции характерна низкая инерционность, она может быть в диапазоне от 350,0 миллисекунд до 11,0 секунд, в зависимости от того используется погружаемый или монтированный ЧЭ.

Пленочное исполнение (Thin film).

Основное отличие от предыдущих видов заключается в том, что платина тонким слоем (толщиной в несколько микрон) напыляется на керамическое или пластиковое основание. На напыление наносится стеклянное, эпоксидное или пластиковое защитное покрытие.

Миниатюрный пленочный датчик

Это наиболее распространенный тип конструкции, основные достоинства которой заключаются в невысокой стоимости и небольших габаритах.

Помимо этого пленочные датчики обладают низкой инерционностью и относительно высоким внутренним сопротивлением.

Последнее практически полностью нивелирует воздействие сопротивления выводов на показания прибора (таблицы термосопротивлений можно найти в сети).

Что касается стабильности, то она уступает проволочным датчикам, но следует учитывать, что пленочная технология усовершенствуется год от года, и прогресс довольно ощутим.

Стеклянная изоляция спирали.

В некоторых дорогих ТС платиновую проволоку покрывают стеклянной изоляцией. Такое исполнение обеспечивает полную герметизацию ЧЭ и увеличивает влагостойкость, но сужает диапазон измеряемой температуры.

Класс допуска

Согласно действующим нормам допускается определенное отклонение от линейной характеристики «температура-сопротивление». Ниже представлена таблица соответствия класса точности.

Таблица 1. Классы допуска.

Класс точностиНормы допуска°C |t |Диапазон измерения температуры
Платиновые датчикиМедныеНикелевые
ПроволочныеПленочные
AA±0,10+0,0017-50°C …250°C-50°C …150°Cxx
A±0,15+0,002-100°C …450°C-30°C …300°C-50°C …120°Cx
B±0,30+0,005-196°C …660°C-50°C …500°C-50°C …200°Cх
С±0,60+0,01-196°C …660°C-50°C …600°C-180°C …200°C-60°C …180°C

Приведенная в таблице погрешность отвечает текущим нормам.

Схемы включения ТСМ/ТСП

Существует три варианта подключения:

  • 2-х проводное (см. А на рис. 7), этот наиболее простой способ используется в тех случаях, когда точность результатов не критична. Дополнительную погрешность создает номинальное сопротивление проводников, которыми подключается датчик. Обратим внимание, что для классов точности A и AA данная схема включения неприемлема.Рисунок 7. Двухпроводная, трехпроводная и четырехпроводная схема включения термометра сопротивления
  • 3-х проводное (В). Такой вариант обладает более высокой точностью, чем 2-х проводная схема вариант подключения. Это происходит за счет того, что появляется возможность измерить сопротивление монтажных проводов, чтобы учесть их воздействие.
  • 4-х проводное. Этот вариант позволяет полностью исключить воздействие сопротивления монтажных проводов на результаты измерений.

В измерительных приборах ТС, как правило, включен по мостовой схеме.

Пример подключения по мостовой схеме вторичного прибора (pt100) для измерения температуры воздуха

Обратим внимание, что под rл.с. в электрической схеме подразумевается сопротивление линий связи, то есть проводов, которыми подключен датчик.

Обслуживание

Информация о ТО температурного датчика указана в паспорте прибора или инструкции эксплуатации, там же приводится типовые неисправности и способы их ремонта, рекомендуемая длина кабеля для подключения, а также друга полезная информация.

Термометры сопротивления не требуют специального ТО, в задачу обслуживающего персонала входит:

  • Проверка условий, в которых эксплуатируется датчик.
  • Внешний осмотр на предмет целостности конструкции и кабельных соединений, проверка хода подвижного штуцера (если таковой имеется).
  • Помимо этого проверяется наличие пломб.
  • Проверяется заземление.

Такой осмотр должен проводиться с периодичностью один раз в месяц или чаще.

Помимо этого должна проводиться поверка приборов, с использованием эталонного датчика, например, ЭТС 100.

Платиновый эталонный ПТС (датчик ЭТС 100)

Для градуировки датчиков используются специальные таблицы, в качестве примера приведена одна из них для термосопротивления pt100. Саму методику калибровки мы приводить не будем, ее описание несложно найти в сети.

Градуировочная таблица для терморезистора pt100 (фрагмент, без указания пределов градуировки измерений)

Что касается методики поверки эталонных платиновых датчиков, то она должна производиться на специальных реперных точках.

Источник: https://www.asutpp.ru/termometry-soprotivleniya.html

Введение в температурные датчики: термисторы, термопары, RTD и микросхемы термометров

Отличие терморезистора от термопары

Узнайте о различных типах температурных датчиков и их преимуществах и недостатках.

Температурные датчики

Температурные датчики относятся к числу наиболее часто используемых датчиков. Температурные датчики используются всеми типами оборудования, начиная от компьютеров, автомобилей, кухонной техники, кондиционеров и (конечно) домашних термостатов. Пять наиболее распространенных типов температурных датчиков включают в себя:

  • термисторы;
  • термопары;
  • RTD (резистивные датчики температуры);
  • цифровые микросхемы термометров;
  • аналоговые микросхемы термометров.

Данная статья предоставит вам краткое введение по каждому из перечисленных типов датчиков.

Термистор

Как следует из названия, термистор (т.е., терморезистор) представляет собой датчик температуры, сопротивление которого зависит от температуры.

Термисторы выпускаются двух типов: PTC (с положительным температурным коэффициентом) и NTC (с отрицательным температурным коэффициентом). Сопротивление PTC термистора с ростом температуры увеличивается. А сопротивление NTC термистора, наоборот, с увеличением температуры уменьшается, и этот тип, по-видимому, является наиболее часто используемым типом термисторов. Смотрите рисунок 1 ниже.

Рисунок 1 – Условные графические обозначения термисторов PTC и NTC

Важно понимать, что связь между сопротивлением термистора и его температурой очень нелинейна. Смотрите рисунок 2 ниже.

Рисунок 2 – Зависимость сопротивления NTC термистора от температуры

Стандартная формула сопротивления NTC термистора в зависимости от температуры определяется следующим образом:

\[R_T=R_{25C}\cdot e{\left\{\beta\left[\left(1/\left(T+273\right)\right)-\left(1/298\right)\right]\right\}}\]

где

  • R25C – номинальное сопротивление термистора при комнатной температуре (25°C). Данное значение, как правило, приводится в техническом описании;
  • β (бета) – постоянная материала термистора в Кельвинах. Это значение обычно указывается в техническом описании;
  • T – реальная температура термистора в Цельсиях.

Тем не менее, существует два простых метода, используемых для линеаризации поведения термистора, а именно режим сопротивления и режим напряжения.

Режим линеаризации сопротивления

В режиме линеаризации сопротивления параллельно термистору помещается обычный резистор. Если значение резистора равно сопротивлению термистора при комнатной температуре, область линеаризации будет симметрична относительно точки комнатной температуры. Смотрите рисунок 3 ниже.

Рисунок 3 – Режим линеаризации сопротивления

Режим линеаризации напряжения

В режиме линеаризации напряжения термистор ставится последовательно с обычным резистором, образуя при этом делитель напряжения. Этот делитель напряжения должен быть подключен к известному, фиксированному, стабилизированному источнику опорного напряжения VREF.

Эта конфигурация приводите к созданию выходного напряжения, которое относительно линейно зависит от температуры. И, как и в режиме линеаризации температуры, если сопротивление резистора равно сопротивлению термистора при комнатной температуре, то область линеаризации будет симметрична относительно точки комнатной температуры. Смотрите рисунок 4 ниже.

Рисунок 4 – Режим линеаризации напряжения

Термопара

Термопары обычно используются для измерения более высоких температур и более широких температурных диапазонов.

Чтобы резюмировать, как работают термопары: любой проводник, подвергнутый температурному градиенту, будет генерировать небольшое напряжение. Это явление известно как эффект Зеебека.

Величина генерируемого напряжения зависит от типа металла. Практические применения эффекта Зеебека используют два разнородных металла, которые соединены на одном конце и разделены на другом.

Температуру соединения можно определить по напряжению на разомкнутых концах проводов.

Существуют различные типы термопар. Определенные комбинации стали популярными, и выбор комбинации зависит от различных факторов, включающих в себя стоимость, доступность, химические свойства и стабильность. Для разных применений лучше всего подходят разные типы, и их обычно выбирают на основе требуемого диапазона температур и чувствительности.

Графики характеристик термопар смотрите на рисунке 5 ниже.

Рисунок 5 – Характеристики термопар

Резистивные датчики температуры (RTD)

Резистивные датчики температуры, также известные как резистивные термометры, являются, пожалуй, самыми простыми для понимания датчиками температуры.

RTD похожи на термисторы, поскольку их сопротивление изменяется с изменением температуры.

Однако вместо использования специального материала, чувствительного к изменениям температуры (как в термисторах), RTD используют катушку из проволоки, накрученную вокруг сердечника из керамики или стекла.

Провод в RTD выполнен из чистого материала, как правило, из платины, никеля или меди, и этот материал обладает точной зависимостью сопротивления от температуры, которая используется для определения измеряемой температуры.

Аналоговые микросхемы термометров

Вместо использования термистора с постоянным резистором в делителе напряжения, альтернативным решением может стать аналоговый низкотемпературный датчик, такой как TMP36 от Analog Devices.

В отличие от термистора, эта аналоговая микросхема обеспечивает выходное напряжение, которое почти линейно; наклон составляет 10 мВ/°C в температурном диапазоне от -40 до +125°C, а его точность равна ±2°C.

Смотрите рисунок 6 ниже.

Рисунок 6 – График зависимости выходного напряжения TMP36 от температуры из технического описания

Хотя эти устройства и крайне просты в использовании, но они значительно дороже комбинации термистор-плюс-резистор.

Цифровые микросхемы термометров

Цифровые температурные датчики сложнее, но они могут быть очень точными. Кроме того, они могут упростить всю разработку, поскольку аналого-цифровое преобразование происходит внутри микросхемы термометра, а не в отдельном устройстве, таком как микроконтроллер. Например, DS18B20 от Maxim Integrated имеет точность ±0.5°C и диапазон температур от -55°C до +125°C.

Кроме того, некоторые цифровые микросхемы могут быть настроены на питание от линии данных, что позволяет подключать их только двумя проводами (то есть, данные/питание и земля). Более подробно об “однопроводном” интерфейсе можно почитать здесь.

Рисунок 7 – Структурная схема DS18B20 из технического описания

Сравнение типов температурных датчиков

В приведенной ниже таблице показано сравнение разных типов температурных датчиков, описанных в данной статье. Однако имейте в виду, что эту информацию следует воспринимать как обобщение. Таблица предназначена в первую очередь для тех, у кого нет большого опыта и/или знаний о датчиках температуры.

Таблица 1. Краткое сравнение температурных датчиков

Тип датчикаТиповой диапазон температур (°C)Точность (+/- °C)ДостоинстваНедостаткиПрименение
Термистор
  • В пределах 50°C от заданной центральной температуры
  • Общий диапазон: от -40° до 125°
1
  • Низкая стоимость
  • Надежность
  • Небольшие размеры
  • Нелинейный выход
  • Медленный отклик
Измерение температуры окружающей среды
Термопараот -200° до 1450°2
  • Высокое разрешение
  • Небольшие размеры
  • Широкий температурный диапазон
  • Строго рекомендуется калибровка
  • Требуется два показания температуры: горячее соединение и холодное соединение
Промышленное использование
RTDот -260° до 850°1
  • Высокая стоимость
  • Хрупкость: часто помещаются в защищенные пробники
Промышленное использование
Аналоговая микросхемаот -40° до 125° (TMP36)2
  • Простое взаимодействие
  • Простота использования
  • Линейный выход
  • Значительно дороже термисторов
  • Ограниченный температурный диапазон
  • Внутренний термостат
  • Цифровой термометр
Цифровая микросхемаот -55° до 125° (DS18B20)0,5
  • Просто использовать с микроконтроллерами
  • Точность
  • Линейный выход
  • Требуется микроконтроллер или что-то подобное
  • Значительно дороже термисторов
  • Ограниченный температурный диапазон
  • Внутренний термостат
  • Цифровой термометр
  • Бытовая электроника

Оригинал статьи:

Источник: https://radioprog.ru/post/279

Датчики температуры, термисторы, термореле

Отличие терморезистора от термопары

Датчики температуры – это датчики,которые значение температуры переводят в другие физические параметры, например, сопротивление или напряжение.

Терморезисторы

Терморезисторы – это температурные датчики, которые преобразуют значение температуры в сопротивление. Любой проводник имеет сопротивление, которое при изменении температуры также изменяется.

Величина, которая показывает насколько изменяется сопротивление при изменении температуры на 1  0С, называется температурный коэффициент сопротивления -ТКС, и если при увеличении температуры сопротивление увеличивается, то ТКС -положительный, а если уменьшается, то отрицательный.

Основные характеристики терморезисторов:

-номинальное сопротивление;

-диапазон измеряемых температур;

-максимальная мощность рассеивания (имеется ввиду тепловая характеристика);

-ТКС.

Термисторы – это терморезисторы с отрицательным ТКС (NTC -negative temperature characteristic). Изготавливают их из оксидов различных металлов, керамики и даже кристаллов алмаза.

NTC-резисторы применяют в качестве датчиков температуры, в бытовой технике и в промышленной, от -40 до 300 0С.

Ещё одна область применения это ограничение пускового тока в различных электронных устройствах, например в импульсных блоках питания,которые есть абсолютно во всех устройствах питающихся от сети.

При подключении к сети термистор имеет комнатную температуру и сопротивление порядка нескольких Ом. В момент зарядки конденсатор происходит скачок тока, но термистор не даёт ему подняться выше предела, зависящего от сопротивления термистора.

При прохождении тока термистор разогревается и его сопротивление падает почти до нуля, и в дальнейшем он не влияет на работу устройства.

Позисторы – терморезисторы с положительным ТКС (PTC – positive temperature characteristic). Положительным ТКС, к примеру, обладают все металлы, также их изготавливают из керамики и полупроводниковых кристаллов.

Позисторы также применяют в качестве датчиков температуры,но на этом их область применения не ограничивается, их применяют:

В качестве защитных элементов в трансформаторах, электродвигателях и других электронных приборах, в которых есть риск возникновения перегрева.

Для этого позистор включают последовательно с нагрузкой – обмоткой двигателя или электронной схемой, а сам позистор непосредственно в зону нагрева – приклеивают термоклеем  к обмотке или заживают хомутом или просто прижимают используя термопасту.

При этом такая защита от перегрева достаточно эффективна и не имеет пределов цикла включения/выключения, так как нет никаких размыкающих контактов, просто защитный термистор приобретает высокое сопротивление и через него проходт остаточный ток,значение которого совершенно не опасно для нагрузки.

Но позистор всё-же можно вывести из строя – при резком скачке напряжения, так как ток превысит номинальный. Например, если вместо 220 В придёт 380 В, сопротивление его будет достаточно низким, так как температура в норме, а вот ток который через него пройдёт превысит номинальный и он просто выгорит, разомкнув нагрузку.

Ещё одно применение – запуск электродвигателей компрессоров. Применяется такая схема в маломощных холодильных машинах – холодильниках, морозильных камерах, в которых установлены однофазные электродвигатели с пусковой обмоткой. В современных кондиционерах такую схему уже не используют, используя двухфазные электродвигатели с рабочими фазосдвигающими конденсаторами.

В этом случае рабочую обмотку подключают непосредственно к сети, а пусковую через позистор.

После запуска компрессора позистор нагревается от проходящего через него тока и увеличивает своё сопротивление, отключая пусковую обмотку.

Кстати из-за этого при кратковременном пропадании питающего напряжения, компрессор может не запуститься, так как термистор не успеет остыть и выйдет из строя из-за перегрева основной обмотки.

Применяют PTC – резисторы в схемах запуска люминесцентных ламп.

В этой схеме при включении лампы позистор имеет малое споротивление и через него протекает ток, при этом разогреваются нити накала в лампе и сам позистор, после нагревания цепь позистора размыкается и лампа включается уже с разогретыми электродами. Эта схема значительно продлевает срок службы энергосберегающих ламп.

Нашли применение данные терморезисторы и как датчики уровня жидкости. Схема контроля основана на разных свойствах жидкости и воздуха – теплоёмкость и теплопередача жидкости значительно превышает эти параметры в воздухе.

Также позисторы применяют в качестве нагревательных элементов – в бытовой технике, автомобильной промышленности. Это как раз те самые разрекламированные керамические нагреватели, которые “не сжигают кислород”

Термопары

Термопара – это термопреобразовательный элемент, представляющий собой “спай” разнородных металлов.

В схеме с двумя такими спаями при разности температур между ними в цепи появится термо-ЭДС, величина которой будет зависеть от природы металлов и разности температур между спаями. Впервые термоэлектрический эффект обнаружили ещё в первой половине девятнадцатого века.

Применение для термопар самое различное – в промышленности, в медицине, для научно-исследовательских целей. Термопары могут измерять довольно высокие температуры, например температуру жидкой стали (около 1800 0С).

Материал для изготовления термопар – медь,хромель,алюмель, платина, и полупроводниковые материалы.

Используется и обратный эффект – при пропускании электрического тока в цепи, появляется разность температур между двумя спаями, в середине прошлого века выпускали холодильники, рабочим элементом была термопара на основе полупроводников. Но из-за более низкого к.п.д., по сравнению с компрессорными холодильниками, их перестали выпускать.

Полупроводниковые термочувствительные элементы

Хотя и терморезисторы изготавливаю из полупроводниковых  материалов, но здесь речь идёт о эффекте изменения температуры на p-n переходе транзисторов и диодов. Эти приборы характеризуются температурным коэффициентом напряжения – ТКН. Это изменение приложенного напряжения при изменении температуры. У всех полупроводников он отрицательный  равен примерно 2мВ/0С.

На основе полупроводниковых датчиков  температуры выпускают специализированные микросхемы, в которых на одном кристале помещается сразу и термочувствительный элемент  усилители сигнала и схемы стабилизации.

В настоящее время такие микросхемы широко распространены и выпускаются миллионами штук многими производителями. А потребитель получает готовое откалиброванное изделие с выходным сигналом нужной величины и нужной ему погрешностью (точностью).

Используют такие микросхемы как датчики температуры в самых разнообразных устройствах.

Ещё одно применение полупроводниковых термодатчиков – в качестве элементов стабилизации и компенсации в электронных схемах. К примеру при протекании тока через мощные силовые элементы он нагреваются, изменяется х сопротивление и ,соответственно, параметры, чтобы компенсировать этот эффект, на его корпус крепят термотранзистор и включают в схему термокомпенсации.

Термореле – это устройства для включения или выключения нагрузки при достижении определённой температуры, они преобразуют тепловую энергию в механическую, которая идёт на замыкание/размыкание электрических контактов.

Область применения данных изделий -автоматизация и защита устройств в быту, на производстве, в автомобилях. Например их используют в утюгах, тепловых завесах, электрокаминах. Главное их достоинство это невысокая цена и простота.

Выпускают регулируемые термореле и настроенные на определённую температуру срабатывания. С замыкающими и размыкающими контактами, а также с группами контактов на замыкание/размыкание одновременно.

Технические параметры термореле:

-температура срабатывания – температура при достижении которой происходит замыкание/размыкание контактов реле

-температура возврата, соответственно при ней происходит возврат в исходное состояние

-гистерезис (дифференциал) -разница между температурой срабатывания и возврата

-коммутируемый ток и напряжение, от этого параметра зависит долговечность прибора, стоит подбирать прибор с запасом по току

-сопротивление контактов

-время срабатывания

-погрешность прибора, например +/- 10%

Биметаллические термореле

В таких реле срабатывание происходит из-за изгиба платины или диска, выполненных из биметалла (то есть из двух металлов), из-за разного объёмного расширения разнородных металлов. Они достаточно простые  безотказные

Есть две разновидности этих типов реле – терморегуляторы и термоограничители. Первый тип регулирует температуру в определённых пределах, автоматически включая и выключая нагрузку, а вторые используются для защиты и требуют после срабатывания сброса специальной кнопкой.

Термодатчики манометрического типа

Измерение температуры этими датчиками основано на эффекте объёмного расширения различными жидкостями.

Используют их,например в водонагревателях или в кондиционерах для включения подогрева картера и дренажа. Они представляют из себя колбу с жидкостью, которая контактирует с измеряемой средой и соединена с контактами металлической трубкой. В качестве рабочего вещества обычно применяют смесь на основе спирта или этиленгликоля.

Электронные термореле

Это уже довольно сложные электронные устройства которые коммутируют нагрузку с помощью электромагнитных реле, контакторов, датчиками температуры могут служить почти все вышеперечисленные типы.

Обрабатывает сигнал микроконтроллер или же специализированная электронная схема. Такие приборы могут иметь несколько каналов, например, четыре,то есть могут контролировать четыре точки и управлять четырьмя нагрузками, а выдавать информацию на электронный дисплей.

Для монтажа в электрощит выпускают термореле в корпусе под DIN-рейку.

Источник: https://MasterXoloda.ru/4/temperaturnye-datchiki-termorezistory-termorele

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.