Categories: Articles destacats » Domòtica
Nombre de visualitzacions: 96658
Comentaris sobre l'article: 2
Sensors de temperatura. Segona part Termistors
La primera part de l’article va parlar breument història de diverses escales de temperatura i els seus inventors Fahrenheit, Reaumur, Celsius i Kelvin. Ara paga la pena conèixer-se amb els sensors de temperatura, els principis del seu funcionament, els dispositius per rebre dades d’aquests sensors.
La proporció de mesurament de temperatura en mesures tecnològiques
En la producció industrial moderna, es mesuren moltes quantitats físiques diferents. D’aquests, el cabal de massa i volum és del 15%, el nivell de líquids és del 5%, el temps no supera el 4%, la pressió és d’uns 10%, etc. Però la mesura de la temperatura és gairebé el 50% del total de mesures tècniques.
Un percentatge tan elevat s’aconsegueix pel nombre de punts de mesura. Així doncs, a una mida mitjana d’una central nuclear, la temperatura es pot mesurar en uns 1.500 punts, i en una gran planta química, aquest nombre arriba a vint o més milers.
Aquesta quantitat indica no només una gran varietat d'instruments de mesura i, com a conseqüència, una multitud de transductors primaris i sensors de temperatura, sinó que també augmenta constantment les demandes de precisió, velocitat, immunitat del soroll i fiabilitat dels instruments de mesura de temperatura.
Els principals tipus de sensors de temperatura, el principi de funcionament
Gairebé tots els sensors de temperatura utilitzats en la producció moderna utilitzen el principi de convertir la temperatura mesurada en senyals elèctrics. Aquesta conversió es basa en el fet que és possible transmetre un senyal elèctric a gran velocitat a llargues distàncies, mentre que qualsevol quantitat física es pot convertir en senyals elèctrics. Convertits en codi digital, aquests senyals es poden transmetre amb gran precisió i també es poden introduir per processar-los en un ordinador.
Termocopis de resistència
També s’anomenen termistors. El seu principi de funcionament es basa en el fet que tots els conductors i semiconductors tenen Resistència a la temperatura abreujat Tks. Això és aproximadament el mateix que el coeficient d’expansió tèrmica conegut per tothom: quan s’escalfa, els cossos s’expandeixen.
Cal destacar que tots els metalls tenen un TCS positiu. En altres paraules, la resistència elèctrica del conductor augmenta a mesura que augmenta la temperatura. Aquí podem recordar el fet que les bombetes incandescents s’encenen amb més freqüència en el moment d’encendre’s, mentre que la bobina és freda i la seva resistència és petita. D’aquí l’augment de corrent quan s’encén. Els semiconductors tenen un TCS negatiu, amb la temperatura creixent, la seva resistència disminueix, però això es parlarà una mica més alt.
Termistors metàl·lics
Sembla ser que és possible utilitzar qualsevol conductor com a material per a termistors, tot i així, una sèrie de requisits per a termistors asseguren que no és així.
En primer lloc, el material per a la fabricació de sensors de temperatura ha de tenir un TCS prou gran i la dependència de la resistència a la temperatura ha de ser bastant lineal en un ampli rang de temperatura. A més, el conductor metàl·lic ha d’estar inert a les influències ambientals i assegurar una bona reproduïbilitat de les propietats, cosa que permetrà la substitució de sensors sense recórrer a diversos ajustaments del dispositiu de mesura.
Per totes aquestes propietats, el platí és gairebé ideal (excepte l’elevat preu), així com el coure. Aquests termistors a les descripcions s’anomenen coure (TCM-Cu) i platí (TSP-Pt).
Els termistors TSP es poden utilitzar en el rang de temperatura -260 - 1100 ° C.Si la temperatura mesurada es situa entre 0 i 650 ° C, els sensors TSP es poden fer servir com a referència i referència, ja que la inestabilitat de la característica de calibratge no excedeix els 0,001 ºC. Els desavantatges dels termistors TSP són l’elevat cost i la no linealitat de la funció de conversió en un ampli rang de temperatura. Per tant, la mesura precisa de la temperatura només és possible en l’interval indicat a les dades tècniques.
Els termistors de coure més barats de la marca TSM, la dependència de la resistència a la temperatura que és força lineal, han adquirit una pràctica més estesa. Com a manca de resistències de coure, es pot considerar una baixa resistència i una resistència insuficient a altes temperatures (fàcil oxidació). Per tant, els termistors de coure tenen un límit de mesura no superior a 180 ºC.
S'utilitza una línia de dos fils per connectar sensors com TCM i TSP, si la distància del sensor des del dispositiu no supera els 200m. Si aquesta distància és major, s'utilitza una línia de comunicació de tres fils, en la qual s'utilitza el tercer fil per compensar la resistència dels cables de plom. Aquests mètodes de connexió es mostren en detall a les descripcions tècniques dels dispositius que estan equipats amb sensors TCM o TSP.
Els desavantatges dels sensors considerats són la seva baixa velocitat: la inèrcia tèrmica (constant de temps) d'aquests sensors oscil·la entre desenes de segons i diversos minuts. És cert que també es fabriquen termistors de poca inèrcia, la constant de temps no superior a les dècimes de segon, cosa que s’aconsegueix per les seves reduïdes dimensions. Aquests termistors estan fabricats en microwire modelat en una closca de vidre. Són altament estables, segellades i de baixa inèrcia. A més, amb petites dimensions, tenen resistència fins a diverses desenes de quilo-ohms.
Termistors semiconductors
També s’anomenen sovint termistors. En comparació amb el coure i el platí, presenten una major sensibilitat i TCS negatius. Això suggereix que amb l’augment de la temperatura disminueix la seva resistència. Els termistors TCS són un ordre de magnitud superior als seus homòlegs de coure i platí. Amb dimensions molt petites, la resistència dels termistors pot arribar fins a 1 MΩ, la qual cosa elimina la influència sobre el resultat de mesura de la resistència dels cables de connexió.
Per mesurar la temperatura, els més utilitzats són els termistors semiconductors KMT (basats en òxids de manganès i cobalt), així com els MMT (òxids de manganès i coure). La funció de conversió dels termistors és bastant lineal en l’interval de temperatures de -100 - 200 ° C, la fiabilitat dels termistors semiconductors és molt alta, les característiques són estables durant molt de temps.
L’únic inconvenient és que en la producció en massa no és possible reproduir les característiques necessàries amb suficient precisió. Una instància és significativament diferent de l’altra, de la mateixa manera que els transistors: sembla ser del mateix paquet, però el guany és diferent per a tothom, no es poden trobar dos idèntics de cada cent. Aquesta dispersió de paràmetres condueix al fet que quan es substitueix un termistor, cal ajustar de nou l’equip.
Molt sovint, un circuit de pont s’utilitza per convertir convertidors tèrmics de resistència d’energia, en què el pont s’equilibra mitjançant un potenciòmetre. Quan la resistència del termistor canvia a causa de la temperatura, el pont només es pot equilibrar girant el potenciòmetre.
S'utilitza un esquema similar amb ajustament manual com a demostració en laboratoris educatius. El motor de potenciòmetre té una escala calibrada directament en unitats de temperatura. En circuits de mesurament reals, per descomptat, tot es fa de forma automàtica.
La propera part de l'article tractarà sobre l'ús de termoparells i termòmetres d'expansió mecànica, Sensors de temperatura. Termocopies
Boris Aladyshkin, electro-ca.tomathouse.com
Consulteu també a electro-ca.tomathouse.com
: