цифровая электроника
вычислительная техника
встраиваемые системы

 
» » Резистивные датчики температуры или термопары: что лучше для промышленных систем



Резистивные датчики температуры или термопары: что лучше для промышленных систем

Автор: Mike(admin) от 29-10-2021, 03:55

Резистивный датчик температуры или термопара


Во многих промышленных, коммерческих и жилых объектах и продуктах требуется выполнять точные измерения температуры. Хотя в некоторых таких приложениях все еще используется простой биметаллический термостат для контроля температуры, электрические методы измерения температуры становятся все более распространенными.


Резистивные датчики температуры или термопары: что лучше для промышленных систем

Двумя наиболее распространенными электрическими методами измерения температуры являются резистивный датчик температуры, называемый также RTD, и термопара. Они используют преимущества различных электрических явлений, что означает, что у каждого из этих вариантов разные области применения.


Резистивные датчики температуры


В большинстве материалов электрическое сопротивление увеличивается с повышением температуры. Это имеет смысл при рассмотрении броуновского движения – чем выше температура, тем быстрее колеблются атомы, тем труднее провести электрон через эту решетку колеблющихся атомов.


Резистивные датчики температуры или термопары: что лучше для промышленных систем

На вышеприведенном рисунке представлены графики сопротивления золота, меди и серебра как функция температуры. Эти металлы в основном линейны, с небольшой кривизной в этом температурном диапазоне. RTD используют это броуновское движение. Их рабочий диапазон охватывает линейную область этого изменения, где сопротивление изменяется линейно с температурой. Температуры за пределами этой линейной области, фазовые изменения, изменения магнитных свойств и другие явления могут затруднить прогнозирование сопротивления.


Области применения RTD


RTD могут обнаруживать небольшие изменения температуры, которые происходят относительно медленно. Это делает их пригодными для поддержания непрерывного процесса в пределах контроля. Например, RTD может контролировать температуру резервуарного реактора с непрерывным перемешиванием, где реагенты подаются с постоянной скоростью, происходит реакция и продукты постоянно удаляются.


Температура, скорее всего, не будет меняться очень быстро, но, возможно, ее придется измерять с жесткими допусками. Резистивный датчик температуры может, например, использоваться в контуре управления, который открывает клапан для охлаждающей воды.


Советы по применению резистивных датчиков сопротивления


RTD в основном производятся с использованием тонких проводов или платины, что увеличивает стоимость. Поскольку рынок драгоценных металлов нестабилен, RTD, купленный сегодня, может сильно отличаться по цене по сравнению с купленным год назад. Это необходимо учитывать для сред, которые подвергаются сильным механическим ударам или по другим причинам являются суровыми, поскольку замена RTD может быть дорогостоящей. В таких средах более подходящей может быть термопара.


Измерение небольших изменений сопротивления с помощью RTD затруднено и обычно не выполняется напрямую. Вместо этого используется мостовая схема Уитстона для измерения небольшого изменения напряжения, которое соответствует небольшому изменению сопротивления, которое в свою очередь соответствует изменению температуры. Добавление этой схемы моста Уитстона требует некоторых дополнительных компонентов, которые должны быть включены в систему измерения.


Резистивные датчики температуры или термопары: что лучше для промышленных систем

Это схема моста Уитстона. Значения R1, R2 и R3 известны, а Rx – это RTD. Когда сопротивление Rx изменяется, напряжение, измеренное на VG, изменяется, и VG используется для расчета температуры.


Термопары


Термопары работают на эффекте Зеебека, который гласит, что если два разнородных металла находятся в прямом контакте на одном конце, на другом конце будет генерироваться напряжение, которое будет линейно масштабироваться с температурой. У термопар с одного конца приварены два разных металла, а с другого – вилка для подключения к измерителю, который преобразует напряжение в значение температуры.


Резистивные датчики температуры или термопары: что лучше для промышленных систем

В зависимости от типов используемых металлов термопара будет иметь разные свойства и области применения. Типы указываются буквой, в которой перечислены цвета проводов, диапазоны температур, условия окружающей среды и другая информация о том, где можно использовать каждую термопару. Производители термопар предоставляют диаграмму различных типов.


Области применения термопар


Термопары – это быстрый способ измерения температуры. Отдельные термопары обычно недороги, а это значит, что с термопарами можно быстро проводить эксперименты. Термопары со стандартными разъемами могут быть встроены в промышленное оборудование, а технический специалист с одним измерителем может быстро проверить температуру в нескольких местах.


Резистивные датчики температуры или термопары: что лучше для промышленных систем

Наиболее универсальные термопары (типа J и K) обычно недороги, но могут использоваться в широком диапазоне температур во многих средах. Для многих промышленных процессов термопары J или K могут предоставить большую часть данных с минимальными затратами. Предположим, что большая печь для термообработки не нагревается равномерно. Несколько термопар можно установить быстро и дешево, чтобы определить, где могут быть горячие и холодные точки.


Советы по использованию термопар


Любые два металла в прямом контакте могут создавать напряжение, которое зависит от температуры. Хотя заманчиво просто использовать мультиметр или вольтметр для измерения температуры с помощью термопары, учтите, что два металла термопары находятся в прямом контакте с медными контактами измерителя. Каждый из них вносит свой вклад в общее напряжение, что приводит к неточным результатам. Считыватели термопар учитывают этот эффект с помощью дополнительных термопар, иногда называемых «компенсацией холодного спая». Термопары могут быть более восприимчивыми к электрическим помехам. Они действуют как небольшая антенна, собирая сигналы и изменяя напряжение на клеммах. По этой причине в условиях сильных электромагнитных помех (ЭМП) термопара может быть плохим выбором для применения в качестве датчика температуры.


Инженер, разрабатывающий промышленную систему с нуля, должен будет предусмотреть логику для определения неисправной термопары. Например, предположим, что термопара используется в качестве источника входного сигнала в контур управления нагревателем. Если температура ниже заданного значения, ток в нагревателе должен увеличиться. При длительной высокотемпературной выдержке термопара выходит из строя. Теперь напряжение термопары падает до нуля. Контур управления видит «ноль вольт», определяет, что температура упала, и увеличивает ток, подаваемый на нагреватель. Пока температура в духовке повышается, напряжение никогда не меняется, поэтому подается больший ток. Это может привести к необратимым последствиям.


Большинство существующих систем считывания сигналов термопар также выполняют проверку целостности. Если целостность термопары нарушена, это означает, что термопара вышла из строя, и система по умолчанию переходит на заданное очень высокое значение температуры, которое отключает нагреватель.


Какой датчик лучше


Не существует единого правила относительно того, какой датчик температуры «лучший». «Лучшим» датчиком для работы будет тот, который учитывает все переменные, действующие для конкретного приложения. Какая окружающая атмосфера у датчика температуры? В каком температурном диапазоне он должен измерять? Как быстро меняется температура? И так далее.




Теги: датчик температуры, термопара




Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Комментарии:

Оставить комментарий