Как работает датчик температуры: Датчик температуры: контроль температурного режима двигателя

: типы, принцип работы и применение | by Encardio rite

Датчики температуры: типы, принцип работы и применение

10 июля 2019 г.

Мы все используем датчики температуры в повседневной жизни, будь то термометры, бытовые водонагреватели, микроволновые печи и т. д. или холодильники. Обычно датчики температуры имеют широкий спектр применения, в том числе в области геотехнического мониторинга.

Датчики температуры — это простой прибор, который измеряет степень тепла или холода и преобразует ее в считываемые единицы.Но задумывались ли вы, как измеряется температура почвы, скважин, огромных бетонных дамб или зданий? Что ж, это достигается с помощью некоторых специализированных датчиков температуры.

Датчики температуры предназначены для регулярной проверки бетонных конструкций, мостов, железнодорожных путей, грунта и т. Д.

Здесь мы расскажем вам, что такое датчик температуры, как он работает, где он используется и каковы его разные типы.

Что такое датчики температуры?

Датчик температуры — это устройство, обычно термопара или резистивный датчик температуры, которое обеспечивает измерение температуры в читаемой форме с помощью электрического сигнала.

Термометр — это самая простая форма измерителя температуры, которая используется для измерения степени жара и прохлады.

Измерители температуры используются в геотехнической области для мониторинга бетона, конструкций, почвы, воды, мостов и т. Д. На предмет структурных изменений в них из-за сезонных колебаний.

Термопара (Т / С) сделана из двух разнородных металлов, которые генерируют электрическое напряжение прямо пропорционально изменению температуры. RTD (резистивный датчик температуры) представляет собой переменный резистор, который изменяет свое электрическое сопротивление прямо пропорционально изменению температуры точным, воспроизводимым и почти линейным образом.

Что делают датчики температуры?

Датчик температуры — это устройство, предназначенное для измерения степени нагрева или охлаждения объекта. Работа измерителя температуры зависит от напряжения на диоде. Изменение температуры прямо пропорционально сопротивлению диода. Чем ниже температура, тем меньше сопротивление, и наоборот.

Сопротивление на диоде измеряется и преобразуется в считываемые единицы измерения температуры (Фаренгейт, Цельсий, Цельсия и т. Д.) и отображается в числовой форме над блоками считывания. В области геотехнического мониторинга эти датчики температуры используются для измерения внутренней температуры таких конструкций, как мосты, плотины, здания, электростанции и т. Д.

Для чего используется датчик температуры? | Каковы функции датчика температуры?

Ну, существует много типов датчиков температуры, но наиболее распространенный способ их классификации основан на режиме подключения, который включает в себя контактные и бесконтактные датчики температуры.

Контактные датчики включают в себя термопары и термисторы, потому что они находятся в прямом контакте с объектом, который они должны измерять. А бесконтактные датчики температуры измеряют тепловое излучение, выделяемое источником тепла. Такие измерители температуры часто используются в опасных средах, таких как атомные электростанции или тепловые электростанции.

В геотехническом мониторинге датчики температуры измеряют теплоту гидратации в массивных бетонных конструкциях. Их также можно использовать для мониторинга миграции грунтовых вод или просачивания.Одна из наиболее распространенных областей, где они используются, — это время отверждения бетона, потому что он должен быть относительно теплым, чтобы схватиться и затвердеть должным образом. Сезонные колебания вызывают расширение или сжатие конструкции, тем самым изменяя ее общий объем.

Как работает датчик температуры?

Основным принципом работы датчиков температуры является напряжение на выводах диода. Если напряжение увеличивается, температура также повышается, за чем следует падение напряжения между выводами транзистора базы и эмиттера в диоде.

Кроме того, Encardio-Rite имеет датчик температуры с вибрирующей проволокой, работающий по принципу изменения напряжения при изменении температуры.

Измеритель температуры с вибрирующей проволокой разработан по принципу, согласно которому разнородные металлы имеют разный линейный коэффициент расширения при изменении температуры.

Он в основном состоит из магнитной растянутой проволоки с высокой прочностью на растяжение, два конца которой прикреплены к любому разнородному металлу таким образом, что любое изменение температуры напрямую влияет на натяжение проволоки и, следовательно, на ее собственную частоту вибрации. .

Различным металлом в случае измерителя температуры Encardio-Rite является алюминий (алюминий имеет больший коэффициент теплового расширения, чем сталь). Поскольку сигнал температуры преобразуется в частоту, используется тот же блок считывания. другие датчики с вибрирующей проволокой также могут использоваться для контроля температуры.

Изменение температуры регистрируется специально созданным датчиком вибрирующей проволоки Encardio-rite и преобразуется в электрический сигнал, который передается в виде частоты на устройство считывания.

Частота, которая пропорциональна температуре и, в свою очередь, напряжению σ в проволоке, может быть определена следующим образом:

f = 1/2 [σg / ρ] / 2l Гц

Где :

σ = натяжение проволоки

g = ускорение свободного падения

ρ = плотность проволоки

l = длина проволоки

Какие существуют датчики температуры?

Доступны датчики температуры различных типов, форм и размеров.Существует два основных типа датчиков температуры:

Датчики температуры контактного типа : Есть несколько измерителей температуры, которые измеряют степень нагрева или охлаждения объекта, находясь в непосредственном контакте с ним. Такие датчики температуры относятся к категории контактных. Их можно использовать для обнаружения твердых тел, жидкостей или газов в широком диапазоне температур.

Датчики температуры бесконтактного типа : Эти типы измерителей температуры не находятся в прямом контакте с объектом, а измеряют степень тепла или холода посредством излучения, испускаемого источником тепла.

Контактные и бесконтактные датчики температуры подразделяются на:

Термостаты

Термостат — это датчик температуры контактного типа, состоящий из биметаллической полосы, состоящей из двух разнородных металлов, таких как алюминий, медь, никель. , или вольфрам.

Разница в коэффициентах линейного расширения обоих металлов заставляет их производить механическое изгибающее движение, когда они подвергаются нагреву.

Термисторы

Термисторы или термочувствительные резисторы — это те резисторы, которые меняют свой внешний вид при изменении температуры. Термисторы изготовлены из керамического материала, такого как оксиды никеля, марганца или кобальта, покрытого стеклом, что позволяет им легко деформироваться.

Большинство термисторов имеют отрицательный температурный коэффициент (NTC), что означает, что их сопротивление уменьшается с повышением температуры. Но есть несколько термисторов с положительным температурным коэффициентом (PTC), и их сопротивление увеличивается с повышением температуры.

Резистивные датчики температуры (RTD)

RTD — это точные датчики температуры, которые состоят из проводящих металлов высокой чистоты, таких как платина, медь или никель, намотанных в катушку.Электрическое сопротивление RTD изменяется аналогично термистору.

Термопары

Один из наиболее распространенных датчиков температуры включает термопары из-за их широкого диапазона рабочих температур, надежности, точности, простоты и чувствительности.

Термопара обычно состоит из двух соединений разнородных металлов, таких как медь и константан, которые сварены или обжаты вместе. Один из этих переходов, известный как холодный спай, поддерживается при определенной температуре, в то время как другой является измерительным переходом, известным как горячий спай.

Под воздействием температуры на переходе возникает падение напряжения.

Термистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC)

Термистор, по сути, является чувствительным к температуре .. (Подробнее)

Все о датчиках температуры — как они работают и их применение

Изображение предоставлено Ольгой Литвинчук / Shutterstock.com

Термин датчик температуры относится к классу устройств, которые обеспечивают измерение температуры объектов и либо отображают показания напрямую, либо выдают выходной сигнал, значение которого может быть преобразовано в показание температуры.Температура — это фундаментальное измерение тепловой энергии, и ее можно рассматривать как меру средней кинетической энергии атомов и молекул материала.

Существует несколько типов датчиков температуры, используемых в промышленности. В этой статье мы рассмотрим различные типы датчиков температуры и предоставим информацию о том, как они работают, и их применениях. Чтобы узнать больше о других датчиках, ознакомьтесь с нашей связанной статьей Датчики — полное руководство (типы, приложения и поставщики).

Типы датчиков температуры

Датчики температуры обычно относятся к одному из следующих основных типов:

• Термопары
• RTD (датчики температуры сопротивления)
• Термисторные датчики температуры
• Полупроводниковые датчики температуры
• Термометры
• Датчики температуры с вибрирующей проволокой

Большинство из них (за исключением инфракрасных датчиков температуры) являются контактными датчиками, что означает, что датчик или зонд должен физически контактировать с объектом, температура которого измеряется, чтобы получить показания.Инфракрасные датчики измеряют тепловую энергию, излучаемую объектом, чтобы определить его температуру, и поэтому являются бесконтактными датчиками.

За исключением некоторых видов термометров, большинство датчиков температуры спроектированы так, чтобы генерировать выходной электрический сигнал, который используется для определения значения температуры.

Термопары

Термопары измеряют температуру с помощью зонда, созданного путем соединения двух разных металлов вместе для образования перехода на одном конце и к которому подключен вольтметр на другом конце.Конец зонда, называемый горячим спаем (где соединяются металлы), используется для контакта с объектом, температура которого измеряется, в то время как другой конец зонда, называемый холодным спаем, находится при эталонной температуре. Будет присутствовать разность потенциалов в вольтах, зарегистрированная на вольтметре, значение которой пропорционально представляет собой разницу температур между горячим и холодным спаями термопары.

Большинство термопар покрыты защитной оболочкой, чтобы изолировать металлы от температуры окружающей среды и обеспечить некоторую степень защиты от коррозии. Материалы оболочки включают в качестве примеров нержавеющую сталь 1316, нержавеющую сталь 304 или инконель 600.

В зависимости от конкретных металлов, используемых для изготовления термопары, устройствам присваивается буквенный тип, например Тип J, K, T, N, E, B, R или S. Каждый из этих типов имеет определенные характеристики, связанные с его температурой. диапазон, вибростойкость, химическая совместимость и области применения. Термопары из недрагоценных металлов являются наиболее распространенными типами J, K, T и E. Так называемые термопары из благородных металлов относятся к типам R, S и B.В таблице 1 ниже перечислены различные типы термопар и их металлический состав.

Таблица 1 — Типы термопар и металлический состав

доступны в нескольких стилях, наиболее распространенными из которых являются заземленные термопары.В термопарах этого типа и металлические провода, и оболочка свариваются вместе, образуя единое соединение на конце зонда. Это приводит к очень быстрому времени отклика из-за хорошего теплового соединения, компромисс — большая восприимчивость к электрическим помехам, поскольку оболочка и провод термопары соединены вместе, обеспечивая увеличенный проход внутрь устройства. Незаземленные термопары не имеют оболочки, приваренной к проводам термопары, а изолированы с помощью изолятора.Так называемые термопары с неизолированным проводом открывают провод термопары непосредственно на датчике, что обеспечивает быстрое время отклика устройства, но также увеличивает риск коррозии и деградации устройства в результате открытого спая. Необычная незаземленная термопара — это термопара, в которой используется двойная термопара с оболочкой, изолированной от проводов термопары, и каждая термопара также изолирована от другой. Чтобы узнать больше об этих датчиках, ознакомьтесь с нашим руководством по типам термопар.

RTD (резистивные датчики температуры)

, сокращенно RTD, представляют собой датчики температуры, которые используют изменение электрического сопротивления, возникающее в проводящем материале, для определения значения температуры. Проводники электричества, такие как металл, демонстрируют электрическое сопротивление, которое является мерой относительной легкости, с которой электрический ток будет проходить через проводник при приложении заданного напряжения или разности потенциалов.При изменении температуры электрическое сопротивление, которое измеряется в Омах, также изменяется, причем более высокие температуры приводят к увеличению сопротивления. RTD состоят из резистивного элемента, через который пропускается небольшой электрический ток, обычно в диапазоне 1-5 мА, и измеряется сопротивление. Любые изменения температуры изменят значение измеренного сопротивления, которое можно приравнять к значению температуры, зная свойства материалов, используемых для резистивного элемента.Платина является предпочтительным металлом, используемым в термометрах сопротивления, поскольку она очень стабильна, химически инертна, может работать в широком диапазоне температур и демонстрирует очень сильную линейную зависимость между ее сопротивлением и температурой. Эта последняя характеристика упрощает процесс преобразования электрического сопротивления в показания температуры. Другие варианты резистивных элементов в RTD включают никель и медь. Материал, используемый в RTD, определяется их температурным коэффициентом сопротивления (TCR), который является мерой того, как электрическое сопротивление материала изменяется при изменении температуры на один градус.Металлы и электропроводящие материалы показывают положительное значение TCR, в то время как полупроводники и неметаллические вещества будут показывать отрицательное TCR, что означает, что они становятся менее резистивными с повышением температуры.

обычно изготавливаются либо тонкопленочного, либо с проволочной обмоткой. В RTD пленочного типа используется платина, нанесенная на керамическую пластину, залитую стеклом, а в RTD с проволочной обмоткой используется платиновая проволока, намотанная на керамический сердечник и герметизированная стеклянным герметиком.С RTD используются различные конфигурации проводки датчиков, обычно 2-проводные, 3-проводные или 4-проводные. Использование 2-х проводов обеспечивает простую схему, но страдает от точности, поскольку сопротивление проводов невозможно изолировать от измеренного значения сопротивления. Трехпроводная конфигурация позволяет выполнять два отдельных измерения, позволяя вычесть влияние сопротивления выводов провода из общего измерения сопротивления, обеспечивая значение чистого сопротивления. 4-проводная конфигурация позволяет выполнять прямое измерение сопротивления датчика, исключая воздействие выводных проводов.Мост Уитстона обычно используется для измерения сопротивления, связанного с RTD, для определения значений температуры.

Термисторные датчики температуры

, термин, образованный от конкатенации слов THERM ally sensitive res ISTORS , представляют собой устройства для измерения температуры, которые используют свойство изменения электрического сопротивления, которое происходит с температурой, как средство обеспечения показаний для значение температуры.Эти пассивные устройства демонстрируют точное изменение своего электрического сопротивления, которое пропорционально изменениям температуры устройства. Существует два основных типа термисторов — термисторы с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) и термисторы с положительным температурным коэффициентом (PTC).

— это термисторы, сопротивление которых уменьшается с повышением температуры, в то время как термисторы с положительным температурным коэффициентом (PTC) демонстрируют увеличение электрического сопротивления с повышением температуры.Термистор NTC чаще всего используется в приложениях для измерения температуры, в то время как термистор PTC используется в приложениях защиты электрических цепей, таких как ограничение пускового тока или защита от перенапряжения для цепи или устройства.

доступны в самых разных материалах, корпусах и формах, включая диск, чип, бусину или стержень, в зависимости от потребности в диапазоне рабочих температур и времени отклика. Они могут быть упакованы или заключены в эпоксидную смолу, стекло, обожженный фенол или окрашены.Как правило, это небольшие недорогие датчики температуры, которые обеспечивают быстрое время отклика в ограниченном диапазоне рабочих температур. Они также имеют большее изменение значения сопротивления на единицу изменения температуры, что позволяет повысить чувствительность и точность показаний. Ограничения термисторов заключаются в том, что они имеют нелинейные кривые температурного отклика, в отличие от RTD, и подвержены самонагреву, если токи возбуждения слишком велики. Они также имеют ограниченный температурный диапазон, могут стать нестабильными при более высоких температурах.Температурные кривые также различаются от производителя к производителю, что усложняет взаимозаменяемость.

Термисторы применяются в авиакосмической, бытовой, автомобильной, коммуникационной, климатической, контрольно-измерительной, медицинской, военной и холодильной отраслях.

Полупроводниковые датчики температуры

Полупроводниковые датчики температуры, иногда называемые твердотельными датчиками температуры, представляют собой датчики температуры, которые изготавливаются в виде небольших схем (SOIC) или других типов корпусов, таких как TO-223, которые затем могут быть установлены на печатные платы (PCB).В устройствах используются полупроводниковые диоды или транзисторы, вольт-амперные характеристики которых зависят от температуры.

К основным типам полупроводниковых датчиков температуры относятся:

• Датчики температуры на выходе
• Датчики температуры на токовом выходе
• Датчики температуры с цифровым выходом
• Датчики температуры на выходе сопротивления
• Диодные датчики температуры

Датчики температуры этого типа имеют довольно хорошую линейность выходного сигнала в зависимости от температуры и могут обеспечить разумную точность показаний во всем своем диапазоне при условии, что они правильно откалиброваны.Однако они имеют ограниченный диапазон температур и не подходят для измерения высоких температур.

Термометры

Термометры — это старейшая и наиболее известная форма датчика температуры, используемая в промышленности и в домашних условиях. Термометры бывают разных типов, одним из самых узнаваемых является жидкостной термометр. Этот тип термометра состоит из трубки, обычно сделанной из стекла, содержащей жидкость, такую ​​как спирт или ртуть, объем которой изменяется пропорционально температуре.Трубка прикреплена к шкале, которая откалибрована так, чтобы показывать температуру непосредственно по шкале Фаренгейта или Цельсия (по Цельсию). Доступны различные разновидности, такие как карманные, карманные и черные или красные жидкости для чтения.

Другая разновидность термометров использует биметаллическую катушку, которая прикреплена к лицевой пластине с игольчатым циферблатом и градуировкой для измерения температуры. Каждый металл, используемый в биметаллической полосе, имеет различный коэффициент теплового расширения в зависимости от температуры, что приводит к разматыванию и намотке катушки при изменении температуры.Это вращательное движение позиционирует иглу напротив лицевой панели, чтобы отразить текущее показание температуры.

Инфракрасные термометры — это бесконтактные электронные термометры, которые отображают значение температуры в цифровом виде, а не на аналоговой шкале. Устройства определяют уровень излучения черного тела, испускаемого объектом, и преобразуют этот уровень излучения в показания температуры. Термометр фокусирует энергию через линзу на термобатарею, которая производит электрическую мощность, пропорциональную количеству поглощенного тепла.Инфракрасные термометры могут записывать и сохранять значения, что позволяет сэкономить время и сделать процедуры более эффективными. Инфракрасные термометры используются для регистрации температуры пациента в таких областях, как барабанная перепонка (барабанная перепонка), которая слишком чувствительна для использования стандартного контактного термометра. Они также полезны для пожарных, поскольку они могут определять температуру стен, чтобы оценить распространение огня, без необходимости разрывать стену, чтобы физически осмотреть ее или проверить наличие горячих точек в горящем здании.Тот факт, что устройство может снимать показания бесконтактно, означает, что устройства также полезны в приложениях, где прямой контакт может быть опасен для персонала или оборудования.

Хотя термометры полезны, они ограничены тем фактом, что многие модели требуют ручного управления, медленно записывают и восстанавливают показания, не очень точны и имеют ограниченный диапазон температур, при превышении которых могут быть получены показания. Несмотря на эти ограничения, на рынке существует множество различных моделей термометров, и они находят применение в самых разных областях, в том числе:

Датчики температуры с вибрирующей проволокой

Датчики температуры с вибрирующей проволокой состоят из магнитной проволоки с высокой прочностью на разрыв, которая натянута между собой и концы которой прикреплены к разнородному металлу.Натяжение проволоки напрямую зависит от температуры. При изменении температуры изменяется натяжение проволоки, что изменяет собственную резонансную частоту подвешенной проволоки. Частота пропорциональна температуре и может использоваться для определения температуры датчика. Датчики температуры с вибропроводом используются для измерения температуры воды, почвы и бетонных конструкций.

Сводка

В этой статье представлена ​​информация о датчиках температуры, в том числе о различных типах, принципах их работы и их применении.Для получения информации по другим темам обратитесь к нашим дополнительным руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, где вы можете найти потенциальные источники поставок для более чем 70 000 различных категорий продуктов и услуг, включая более 1000 поставщиков датчиков температуры.

Источники:

1. https://www.encardio.com/blog/temperature-sensor-probe-types-how-it-works-applications/
2. https://sciencing.com/infrared-thermometer-work-4965130.html
3. http: // www.cpinc.com/Trerice/Temperature/63%20-%2064%20temperature.pdf
4. https://www.thermocoupleinfo.com/
5. https://www.te.com/usa-en/industries/sensor-solutions/insights/understanding-rtds.html
6. https://www.electronics-tutorials.ws/io/thermistors.html
7. https://www.ametherm.com/thermistor/what-is-a-thermistor/
8. https://www.allaboutcircuits.com/textbook/direct-current/chpt-12/temperature-coefficient-resistance/
9. http://www.chipkin.com/semiconductor-temperature-sensors/
10. https: // www.omega.com/en-us/sensors-and-sensing-equipment/

Другие датчики

Больше от Instruments & Controls

— Sure Controls

Инфракрасные датчики температуры воспринимают электромагнитные волны в диапазоне от 700 до 14 000 нм. В то время как инфракрасный спектр простирается до 1000000 нм, инфракрасные датчики температуры не измеряют более 14000 нм. Эти датчики работают, фокусируя инфракрасную энергию, излучаемую объектом, на один или несколько фотодетекторов.
Эти фотодетекторы преобразуют эту энергию в электрический сигнал, который пропорционален инфракрасной энергии, излучаемой объектом. Поскольку излучаемая инфракрасная энергия любого объекта пропорциональна его температуре, электрический сигнал обеспечивает точное считывание температуры объекта, на который он направлен. Инфракрасные сигналы проходят в датчик через окно из специального пластика. Хотя пластик обычно не пропускает инфракрасные частоты, датчики имеют форму, прозрачную для определенных частот.Этот пластик отфильтровывает нежелательные частоты и защищает электронику внутри датчика от пыли, грязи и других посторонних предметов.

Преимущества инфракрасных датчиков температуры

• ИК-датчики считывают движущиеся объекты. Контактные датчики температуры плохо работают на движущихся объектах. Инфракрасные датчики температуры идеально подходят для измерения температуры шин, тормозов и подобных устройств.
• ИК-датчики не изнашиваются. Отсутствие контакта означает отсутствие трения. Инфракрасные датчики не изнашиваются и, следовательно, имеют более длительный срок службы.
Инфракрасные датчики
• могут предоставить более подробную информацию. Инфракрасный датчик может обеспечить более подробную информацию во время измерения, чем контактные устройства, просто направив его в разные точки на считываемом объекте.
Инфракрасные датчики
• могут использоваться для обнаружения движения путем измерения колебаний температуры в поле зрения.

Заказ датчика

Каждое вещество на одной частоте излучает больше инфракрасного излучения, чем на других. Например, полиэтилен излучает большую часть инфракрасного излучения на длине волны 3 430 нм, а металлы — на длине волны 1 000 нм.Для оптимальной работы ИК-датчик температуры должен иметь спектральный диапазон, сосредоточенный вокруг этих пиковых температур. Поэтому важно либо помнить о том, для какого конкретного применения ИК-датчик необходим при его заказе, либо заказывать датчик с регулируемым спектральным диапазоном.

Фоновые источники тепла

могут быть спутаны с фоновыми источниками инфракрасного излучения при использовании в качестве датчиков движения. Вы можете обойти эту проблему, используя технику дифференциального обнаружения.Для этого подключите два датчика к дифференциальному усилителю в качестве противоположных входов. При таком подключении датчики компенсируют среднюю температуру общего поля зрения. Любые колебания фоновой температуры не могут вызвать считывание движения. Такая компоновка также снижает синфазные помехи. Обратите внимание, что этот метод работает только для обнаружения движения, а не для измерения температуры.
Чтобы справиться с проблемой фонового тепла при измерении температуры, в отличие от обнаружения движения, сузьте поле обзора датчика, чтобы оно было полностью ограничено измеряемым объектом.Если делать это напрямую нецелесообразно, используйте пластиковые экраны, чтобы заблокировать элементы фона в поле зрения датчика.

Позвоните в команду Sure Controls по телефону 800-844-8405 или свяжитесь с нами через Интернет для получения дополнительной информации об инфракрасных датчиках температуры.

Что такое датчик температуры?

Вы когда-нибудь оставляли свой смартфон в машине в жаркий день? Если это так, на вашем экране могло быть изображение термометра и предупреждение о том, что ваш телефон перегрелся.Это потому, что есть крошечный встроенный датчик температуры, который измеряет внутреннюю температуру вашего телефона. Как только внутри телефона достигается определенная температура (например, iPhone выключается при температуре около 113 градусов по Фаренгейту), датчик температуры отправляет электронный сигнал на встроенный компьютер. Это, в свою очередь, ограничивает доступ пользователей к каким-либо приложениям или функциям до тех пор, пока телефон снова не остынет, поскольку запущенные программы могут только еще больше повредить внутренние компоненты телефона.

Датчик температуры — это электронное устройство, которое измеряет температуру окружающей среды и преобразует входные данные в электронные данные для регистрации, отслеживания или сигнализации изменений температуры. Есть много разных типов датчиков температуры. Некоторые датчики температуры требуют прямого контакта с контролируемым физическим объектом (контактные датчики температуры), в то время как другие измеряют температуру объекта косвенно (бесконтактные датчики температуры).

Бесконтактные датчики температуры обычно являются инфракрасными (ИК) датчиками.Они удаленно обнаруживают инфракрасную энергию, излучаемую объектом, и отправляют сигнал на откалиброванную электронную схему, которая определяет температуру объекта.

Среди контактных датчиков температуры есть термопары и термисторы. Термопара состоит из двух проводников, каждый из которых изготовлен из металла разного типа, которые соединены на конце, образуя спай. Когда соединение подвергается нагреву, создается напряжение, которое напрямую соответствует входной температуре. Это происходит из-за явления, называемого термоэлектрическим эффектом.Термопары, как правило, недорогие, так как их конструкция и материалы просты. Другой тип контактного датчика температуры называется термистором. В термисторах сопротивление уменьшается с увеличением температуры. Существует два основных типа термисторов: отрицательный температурный коэффициент (NTC) и положительный температурный коэффициент (PTC). Термисторы более точны, чем термопары (способны измерять в пределах 0,05–1,5 градусов Цельсия), и они сделаны из керамики или полимеров. Температурные датчики сопротивления (RTD), по сути, являются металлическим аналогом термисторов, и они являются наиболее точным и дорогим типом датчиков температуры.

Датчики температуры используются в автомобилях, медицинских устройствах, компьютерах, кухонных приборах и другом оборудовании.

: типы, принцип работы, преимущества

— Реклама —

Здесь мы подробно остановимся на датчиках температуры. Датчик температуры — это электронное оборудование, которое определяет температуру окружающей среды и преобразует входящие данные в электронные выходные данные для управления записью или сигналом изменений температуры.Есть несколько типов датчиков температуры. Некоторым из них необходим прямой контакт с идентифицируемой физической целью, которая используется как контактные датчики температуры. Напротив, другие измеряют температуру целей косвенно, что описывается как бесконтактные датчики температуры. Здесь мы хотим представить вам, что такое датчик температуры и каковы его принципы работы, каковы области применения и каковы его различные типы.

Датчики температуры — это простые устройства, которые определяют степень холода или тепла и превращают ее в простой блок.Но задумывались ли вы когда-нибудь о том, как определяется температура почвы, земляных скважин, больших бетонных плотин или домов? Что ж, это делается с помощью некоторых датчиков температуры. Посетите здесь, чтобы наглядно увидеть, что такое датчик температуры.

Мы используем их в различных сферах повседневной жизни, например, в бытовых водонагревателях, холодильниках, микроволновых печах или в виде термометров. Как правило, они имеют широкий спектр применения, и геотехническая контролирующая зона является одним из них.Они используются в этой области для контроля состояния бетонных конструкций, мостов на грунте или воде и т. Д., Для структурных изменений в них в соответствии с сезонными изменениями.

Датчики температуры предназначены для мониторинга регулярных проверок специальных конструкций, таких как автомобильные мосты, железнодорожные пути, бетонные или грунтовые плотины и т. Д. Термометр является наиболее распространенной формой их применяли для определения степени температуры повсюду.

Термопара — еще один распространенный их пример. Термопара, или кратко Т / С, построена из двух разных металлов, которые создают электрическое выходное напряжение в прямой зависимости от изменения температуры. Другой их пример — резистивный датчик температуры (RTD). RTD — это переменный резистор, который изменяет свое электрическое сопротивление непосредственно с изменением температуры. Измерение RTD слишком повторяемое, точное и почти линейное.

Как обсуждалось ранее, датчик температуры — это прибор, который сконструирован для определения состояния холодности или жара в объекте. Принцип работы этого датчика основан на напряжении на его диоде. Изменение температуры напрямую связано с сопротивлением этого диода.

Сопротивление диода измеряется и преобразуется в простые и удобочитаемые значения температуры, такие как градусы Фаренгейта, Кельвина или Цельсия, и демонстрируются в понятных форматах вместо считываемых значений.Эти датчики температуры используются для измерения внутренней температуры различных конструкций, например, электростанций. Нажмите здесь, чтобы увидеть, какова пропорция изменения сопротивления диода и температуры.

Основным принципом работы датчиков температуры является изменение напряжения на выводах MOSFET. Если напряжение снижается, температура также уменьшается в соответствии с падением напряжения между эмиттером в полевом МОП-транзисторе и выводами базового датчика.

Кроме того, некоторые устройства имеют в конструкции датчика вибрирующую проволоку, которая работает по принципу изменения напряжения с последующими изменениями температуры.Вибрирующая проволока моделируется в зависимости от функции различных металлов. Они имеют различные линейные коэффициенты в зависимости от температуры их расширения.

В основном они включают магнитную проволоку, которая имеет высокую прочность на разрыв. Две секции предназначены для разнородных металлов, поэтому любое изменение температуры напрямую влияет на натяжение проволоки и, следовательно, на ее основную частоту вибрации.

В современных и высокотехнологичных датчиках температуры основным металлом является алюминий, поскольку алюминий имеет больший коэффициент теплового воздействия, чем сталь.Поскольку знак температуры преобразуется в частоту, считываемые значения, используемые для других вибрационных датчиков, также могут использоваться для контроля температуры.

Частота, связанная с температурой, также пропорциональна натяжению ‘σ’ в проволоке, может быть описана следующим образом:

f = 1/2 * [σg / ρ] / 2L ( Гц)

Где:

σ = натяжение проволоки

ρ = плотность проволоки

L = длина проволоки

g = ускорение свободного падения

Датчики температуры представлены в различных типах, размерах и формах.Однако есть две основные классификации: контактные и бесконтактные датчики.

Датчики контактного типа — это группа датчиков, которые определяют степень температуры в объекте, используя прямой контакт с ним. Их можно использовать для обнаружения жидкостей, твердых тел или газов в широком диапазоне температур. Среди них термопары и термисторы. Термопары обычно дешевы, так как их модель и основные материалы просты. Другой распространенный их тип — термистор. В термисторах сопротивление уменьшается с увеличением температуры.

Бесконтактные датчики не контактируют с объектом. Таким образом, они измеряют температуру, используя излучение источника тепла. Самый распространенный вид из них — инфракрасный (ИК) датчик. ИК-излучение обнаруживает энергию объекта удаленно и посылает сигнал электронной схеме, которая определяет температуру объекта по специальной калибровочной диаграмме.

Контактные и бесконтактные датчики подразделяются на следующие общие датчики, которые кратко описаны.

Термостат — это датчик контактного типа, содержащий биметаллическую секцию, изготовленную из двух разных металлов, таких как алюминий, никель, вольфрам или медь.

Основной принцип термостатов основан на разнице в коэффициенте линейного расширения металлов. Следовательно, он заставляет их создавать механическое движение из-за повышения температуры.

Термочувствительные резисторы или, вкратце, термисторы являются особыми датчиками из-за изменения их внешнего вида из-за изменения температуры.Термисторы изготовлены из керамических материалов, таких как оксиды определенных металлов, покрытых стеклом. Это позволит им просто формироваться.

Некоторые термисторы являются NTC и имеют отрицательный температурный коэффициент. Поэтому в некоторых учебниках они будут представлены как отдельная группа датчиков. Мы обсудим их ниже полностью. Но есть много термисторов, имеющих положительный температурный коэффициент. Они представлены как PTC, и их сопротивление увеличивается при повышении температуры.

RTD — это датчики температуры, которые изготовлены из прецизионных проводящих металлов, таких как платина, покрытых катушкой. Электрическое сопротивление RTD изменяется из-за колебаний температуры.

Термопара является одним из самых популярных датчиков температуры благодаря широкому диапазону температур, точности, чувствительности, надежности и простоте.

Термопара обычно состоит из двух частей из разнородных металлов, таких как константан и медь, соединенных сваркой. Одна из этих секций, обозначенная как холодный спай, имеет определенную температуру, а другая, обозначенная как горячий спай, предназначена для процесса измерения.

NTC — это особый тип термисторов, который в основном напрямую реагирует даже на несколько изменений температуры.Отрицательный коэффициент означает, что термистор имеет большое сопротивление при низких температурах. Следовательно, при повышении температуры сопротивление сразу начинает падать.

Можно сказать, что даже небольшое изменение температуры может быть точно обнаружено термисторами с отрицательным температурным коэффициентом в соответствии с большим изменением сопротивления на градус Цельсия в них. Тем не менее, они требуют линеаризации из-за экспоненциального принципа действия.Обычно они работают при температуре от -50 до 250 ° C.

Датчик температуры на основе полупроводников работает с двумя комбинированными схемами или ИС. В их состав входят два подобных полевых МОП-транзистора с высокой чувствительностью. Они точно обеспечивают электрические характеристики, включая напряжение и ток, для измерения колебаний температуры. Они имеют примерно линейный выходной сигнал, но менее точны при температуре от 1 до 5 ° C. Они также показывают самое медленное время отклика от 5 до 60 с между датчиками температуры в своем температурном диапазоне.

Как упоминалось ранее, существуют различные типы датчиков температуры, и наиболее распространенный метод классификации их применения зависит от способа подключения, который содержит контактные и бесконтактные датчики. Контактные датчики, такие как термисторы и термопары, напрямую связаны с объектом, который они хотят измерить, в то время как бесконтактные датчики обнаруживают тепловое излучение, испускаемое источником тепла. Основное применение этих датчиков температуры — в опасных местах, таких как атомные электростанции.

Датчики температуры определяют теплоту гидратации в бетонных конструкциях при геотермальном контроле. Их также можно использовать для контроля миграции просачиваемых или грунтовых вод. Один из самых распространенных способов их использования — это отверждение бетона. Он должен быть теплым, чтобы правильно формировать и лечить. Сезонная модификация вызывает расширение конструкции и изменяет ее общий объем.

Другие области применения датчика температуры:

• Датчики температуры используются для проверки предположений модели, что улучшит экономичность и безопасность конструкции.
• Они могут определять температуру горных пород для определения резервуаров для хранения сжиженных газов и процесса замерзания грунта.
• Датчики температуры также могут использоваться в наземных скважинах и водохранилищах, а также для измерения температуры воды.
• Они используются для интерпретации температуры в плотинах, чтобы уменьшить напряжение при колебаниях объема и контролировать колебания температуры на других установленных приборах, таких как твердение бетона.

Датчики температуры имеют некоторые преимущества по сравнению с другими практическими приборами.

• Датчики температуры недорогие, точные и чрезвычайно надежные в повторяющихся экспериментах.
• Они подходят как для встраиваемого, так и для поверхностного монтажа.
• У них более быстрое время отклика из-за меньшей тепловой массы.
• Тип вибрирующей проволоки обычно полностью взаимозаменяемый. Это означает, что один индикатор можно использовать для всех датчиков. Он также имеет особую технологию для проверки долгосрочной стабильности, простой и быстрой работы.
• Обычно они имеют степень защиты IP-68 благодаря водонепроницаемому корпусу.
• У них есть индикаторы, которые подходят для непосредственного отображения температуры. Таким образом, их можно использовать для удаленного обнаружения и регистрации данных.
• Их датчики температуры обладают точной линейностью и низким гистерезисом.
• Наконец, следует сказать, что датчики температуры полностью герметичны. Они полностью герметизированы электронно-лучевой сваркой с чистым вакуумом внутри.

— Реклама —

Что нужно знать о датчиках температуры

Вы использовали холодильник, микроволновую печь, водонагреватель или термометр? Если да, то вы использовали датчик температуры.Датчики температуры находят применение как дома, так и в крупных отраслях промышленности, включая геотехнический мониторинг и производство. Они помогают отслеживать изменения температуры на железнодорожных путях, мостах, бетонных конструкциях, бетонных плотинах, скважинах и даже в почве.

Что такое датчики температуры?

Как следует из названия, датчик температуры — это устройство, которое измеряет, насколько горячий (или холодный) объект. Обычно датчики температуры представляют собой датчики температуры или термопары, которые используют электрические сигналы для измерения температуры.

Как работают датчики температуры?

В промышленных датчиках температуры используются диоды и транзисторы. При изменении температуры изменяется и напряжение на этих электрических компонентах. Эти изменения преобразуются в читаемые электрические сигналы, которые отображаются на экране. Другие датчики температуры используют вибрирующую проволоку для определения колебаний температуры, которые вызывают изменения растягивающего напряжения в этих проволоках, которые затем преобразуются в электрические сигналы. Датчик температуры должен иметь компонент, который реагирует на изменения температуры.

Для чего используются датчики температуры?

Сегодня на рынке доступно множество датчиков температуры. Тот, который вы выберете, будет зависеть от характера вашей работы. Датчики температуры делятся на две категории: контактные датчики и бесконтактные датчики.

1. Контактные датчики измеряют температуру, когда они находятся в контакте с объектом, в котором измеряется температура. В их состав входят термисторы и термопары.
2. Бесконтактные датчики , с другой стороны, измеряют тепловое излучение от объектов, в которых измеряется температура.Они полезны во взрывоопасных зонах, где невозможно установить контактные датчики. Бесконтактные датчики температуры находят применение на тепловых или атомных электростанциях, а также в геотехническом мониторинге и химической промышленности.

Датчики температуры также широко используются в строительных и строительных работах для отслеживания изменений температуры бетонных и стальных конструкций с целью предотвращения структурных повреждений.

Термостаты

Термостат — это датчик температуры, который использует биметаллическую полосу для определения изменений температуры.Биметаллическая полоса изготовлена ​​из двух металлов с разными коэффициентами линейного расширения. Чаще всего в термостатах используются вольфрам, никель, медь и алюминий.

Термисторы

Термисторы состоят из резисторов, чувствительных к перепадам температуры. В основном они сделаны из оксидов кобальта, марганца, никеля или других керамических материалов со стеклянным покрытием.

Хотите купить датчик температуры?

При покупке датчика температуры и принадлежностей вам необходимо выбрать надежного поставщика с многолетним опытом работы в отрасли.RAM Sensors, Inc. работает более трех десятилетий и производит датчики температуры на заказ для различных промышленных применений, в том числе:

Свяжитесь с опытным торговым представителем сегодня!

Как работают датчики температуры?

Датчики температуры — это устройства для измерения температуры с помощью электрических сигналов. Существуют разные модели с различным использованием.

Несколько примеров отраслей, использующих датчики температуры, включают пищевую промышленность, обработку химикатов и управление HVAC.Автомобильный сектор также использует различные датчики для измерения температуры в транспортных средствах. Продолжайте читать, чтобы узнать, как это устройство работает в разных приложениях.

Типы датчиков температуры

Различные датчики температуры идеально подходят для различных применений. Знание о различных типах — ключ к пониманию того, как работают эти устройства. Для начала вы можете проверить датчики температуры Pyrosales на предмет различных единиц измерения температуры, которые вы можете найти. На момент написания существует четыре основных классификации датчиков температуры:

Термопары

Пара контактов, образованных из двух разнородных металлов, является термопарными (ТП) датчиками температуры.Один терминал показывает эталонную температуру, а другой — измеряемую температуру. Эти два показания работают при разнице температур. Напряжение, вызванное этой разницей, заставит датчик температуры показывать значение на своем дисплее.

обычно бывают надежными, прочными и дешевыми. Кроме того, эти модели с датчиком температуры не требуют батарей. Многие TC могут давать показания от -250 градусов по Цельсию до 3000 градусов по Цельсию. Тем не менее, эти датчики температуры могут обеспечивать отличную производительность при показаниях до 2750 градусов Цельсия.Любое значение, превышающее указанное значение, может привести к повреждению.

Эти различные датчики температуры обладают уникальными достоинствами и недостатками. Например, ТС могут измерять показания температуры без помощи другого устройства. Однако вы не можете использовать эти устройства для измерения температуры на стыках. Тем не менее, деньги, которые вы сэкономите от использования TC, могут помочь вам сэкономить на отоплении и других расходах.

Термисторы

Во многих термометрах, используемых для измерения температуры человека, используются термисторные датчики.Изменение электрического тока и сопротивления внутри устройства приведет к изменению показаний температуры. В термисторах используются полупроводниковые материалы с определенными показаниями резистора для подготовки и отображения показаний температуры на встроенных дисплеях. Повышение температуры уменьшит сопротивление термистора.

Не путайте термисторы с резистивными датчиками температуры (RTD). В первом есть много моделей с использованием металлических сплавов, а во втором — чистые металлы.Однако под термисторным датчиком есть две разные модели.

У этих двух основных моделей термисторов нет конкретных названий. У одной модели сопротивление будет уменьшаться с повышением температуры и при отрицательном знаке K. Что касается другого термисторного датчика, сопротивление увеличивается с повышением температуры, и если K положительный.

Температурные датчики сопротивления (RTD)

— это датчики температуры, значения сопротивления и температуры которых одновременно изменяются в зависимости от конкретных сценариев.Эти датчики известны тем, что позволяют пользователям использовать повторяющиеся приложения. Стабильность также является еще одним преимуществом использования RTD.

Вы можете использовать RTD для измерения температуры в диапазоне от -50 до 500 градусов Цельсия для тонкопленочных моделей. Устройства с проволочной обмоткой могут считывать температуру от -200 до 850 градусов Цельсия.

Если RTD использует тонкую пленку для измерения температуры, он использует слой платины над подложкой. После применения устройство формирует шаблон, создаваемый электрическими импульсами от обрезанной цепи, чтобы создать определенное значение сопротивления.С другой стороны, RTD с проволочной обмоткой имеют керамическую или стеклянную намотку в корпусах.

Несколько примеров применения резистивных датчиков температуры включают считывание температуры с систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и автомобилей. Эти устройства могут показывать показания температуры примерно через 15 секунд, если их поместить на неподвижную воду.

Инфракрасный

Датчики температуры, использующие инфракрасные технологии, измеряют показания в диапазоне от -70 до 1000 градусов Цельсия. Эти модели преобразуют показания тепловой энергии в простой для понимания анализ, отображаемый на встроенных дисплеях.Этот диапазон длин волн может начинаться от 0,7 мкм, что может доходить до 20 мкм. Устройство показывает показания после использования алгоритма компенсации температуры окружающей среды.

— идеальный выбор, если термопары или резистивные датчики температуры не могут использоваться в определенных сценариях. Кроме того, инфракрасные датчики температуры могут показывать показания движущихся объектов. Эти предметы включают движущееся оборудование, такое как конвейерные ленты и ролики. Кроме того, инфракрасные датчики отлично подходят, когда пользователям нужно быстро измерить температуру.

Однако при использовании инфракрасного порта все еще существуют определенные ограничения. Вам необходимо учитывать и понимать поле зрения устройства, температурный диапазон, спектральную характеристику, коэффициент излучения и крепление. Если вы этого не сделаете, у вас могут возникнуть сложности при попытке использовать инфракрасное устройство в определенных приложениях.

Многие устройства умного дома теперь используют различные датчики температуры, чтобы обеспечить больший комфорт для многих пользователей.