Temperatuuriandurite tööpõhimõte ja omadused, klassifikatsioon ja ulatus

Kaasaegne tootmine on lihtsalt mõeldamatu ilma erinevate tehnoloogiliste protsesside automatiseerimiseta. Alustades tuumajaamast ja lõpetades autodega, automaatjuhtimise ja vajalike parameetrite reguleerimise elemente leidub kõikjal. Kogu toodangu või masina tõhusamaks tööks tuleb kontrollida rõhku, nurk- ja joonkiirusi, temperatuuri ja paljusid muid parameetreid.

Kõigist jälgitavatest parameetritest moodustab umbes poole temperatuuri mõõtmine ja reguleerimine. Ja üks kogu süsteemi kõige olulisem osa on andur. Arvestades, et tingimused ja temperatuurivahemikud võivad oluliselt erineda, andurid ja esmane muundurid valmistatakse olenevalt tehnoloogilisest erineva omaduste ja kvaliteediga nõuded.

Temperatuurimõõteandur ise on seade, mis on võimeline vastu võtma mõõdetud väärtust ja teisendama selle signaaliks edasiseks töötlemiseks ja reguleerimiseks juhtseadme poolt. Lihtsamalt öeldes on see ühe suuruse (temperatuuri) teisendaja teiseks suuruseks (elektrivool, takistus), mis on võimeline töödelda seadet (näiteks temperatuuri regulaatorit) ja teha saadud andmete põhjal toimingud, mille jaoks see seade. Näiteks kui temperatuur ületab seadistuspunkti, võib seade kütteallika (keskmise) peatamiseks täiturmehhanismi välja lülitada.

Temperatuuriandurite tüübid

Tulenevalt asjaolust, et erinevate ülesannete tingimused ja mõõtmisvahemikud võivad olla väga erinevad ning erinevate temperatuuriparameetrite mõõtmise nõuded võivad olla vastavalt erinevad, teatud ülesannete täitmiseks termomuundur peavad vastama nendele tingimustele ja teatud nõuetele. Seetõttu võivad need olla erinevad ja kasutada töös erinevaid materjalide omadusi. Seega on andurid:

• Pooljuht;
• Soojustakistus;
• Akustiline;
• Termoelektrilised;
• Piesoelektriline;
• Püromeetrid.

Kirjeldame lühidalt igaühe omadusi, et saaksite ette kujutada, millistel juhtudel on vaja seda või seda seadet kasutada.

Pooljuht termoelektriline

Seda tüüpi termomuundurid on tööstustes nõutud, kuna need on odavad ja üsna täpsed madala veaga instrumendid. Temperatuuri mõjul registreerib selline andur pn-siirde omaduste muutusi. Siin saab kasutada peaaegu iga diood või bipolaarne transistor. Pooljuhtide temperatuuriandurite kõrge täpsus saavutatakse tänu transistori pinge sõltuvusele absoluutsest temperatuurist.

Soojustakistuslikud termoelektrilised muundurid

Selliste soojusandurite peamised eelised on nende vastupidavus, stabiilsus ja kõrge tundlikkus. Need sobivad ideaalselt peaaegu igasse skeemi.

Selliste soojusmuundurite töö põhineb takistuse muutumisel juhi või pooljuhi temperatuuri mõjul. Lihtsamalt öeldes, nemad sisaldavad oma konstruktsioonis termistorit, mis reageerib muutustele mõõdetavas keskkonnas.

Sõltuvalt termoresistiivsetes temperatuuriandurites kasutatavast materjalist jagatakse need järgmisteks osadeks:

1. Räni takistus, mida iseloomustab pikaajaline stabiilsus ja kõrge täpsus.
2. Takistuslikud temperatuuriandurid, millel on kõrge stabiilsus, vastupidavus ja täpsus. Nende töö põhineb metallide võimel muuta oma vastupidavust temperatuuriga kokkupuutel. Enamasti kasutavad sellised andurid plaatinat või vaske ning eriti kõrgete temperatuuride reguleerimisel volframit. Nende ainus puudus on suhteliselt kõrge hind.
3. Termistorid põhinevad metalloksiidiühendite kasutamisel. Neid kasutatakse ainult absoluutsete temperatuuride mõõtmiseks. Peamised puudused on kalibreerimise vajadus ja haprus.

Akustilised lähedusseadmed

Seda tüüpi temperatuuriandureid kasutatakse peamiselt kõrgete temperatuuride mõõtmiseks. Nende tööpõhimõte põhineb heli omaduste muutmisel erinevatel temperatuuridel. Koosneb sellest vastuvõtja ja emitteri soojusandur. Heli, mis läbib uuritavat keskkonda, siseneb vastuvõtjasse, kus salvestatakse selle parameetrid ja nende põhjal määratakse temperatuur.

Akustilisi termoandureid kasutatakse sageli meditsiinis ja seal, kus pole võimalik temperatuuri mõõta kontaktmeetodil. Üks nende peamisi puudusi on mõõdetud temperatuuride madal täpsus ja lisafunktsioonidest tingitud suur viga.

Termoelektrilised andurid

Termoelektrilisi andureid või lihtsamalt öeldes termopaare eristab lai valik mõõdetud väärtusi - vahemikus -200 kuni 2200 kraadi Celsiuse järgi. Lisaks sõltuvad nende võimalused kasutatud materjalidest. Näiteks võivad mõõta mitteväärismetallist termopaarid temperatuur kuni 1100 ° C, üllas kuni 1600 ° Cja eriti kõrgete termiliste tingimuste mõõtmiseks kasutatakse termopaare tulekindlate metallidega, näiteks volframiga.

Termoelektriliste andurite tööpõhimõte põhineb Seebecki efektil, s.o. kasutatakse erinevate metallide liitekohti, mis moodustavad suletud ahela, milles tekib elektrivool, kui ristmikel on erinevad temperatuurid. Termopaar koosneb kahest otsast: töötavast ja vabast otsast. Esimene sukeldub otse töökeskkonda, teine ​​aga mitte. Seega tekib temperatuuride erinevus, mis kuvatakse väljundpingena, mis registreeritakse multivoltmeetriga, mis sageli sisaldub termoelektrilise anduriga komplektis.

Piesoelektrilised kvartsseadmed

Piesoelektrilise temperatuurianduri tööpõhimõte põhineb kvartspiesoresonaatori kasutamisel. Selles kasutatav piesomaterjal täidab resonaatori rolli. Kui sellele rakendatakse elektrivoolu, siis see materjal hakkab kõhklema kokkupuutel erinevate termiliste režiimidega ning muutub ka vibratsioonisagedus, mis on piesoelektriliste andurite aluseks.

Kontaktivabad termomuundurid püromeetrid

Mittekontaktseid andureid, mis on võimelised tuvastama kuumutatud kehade soojuskiirgust, nimetatakse püromeetriteks. Selliste seadmete mugavus seisneb selles, et neid pole vaja otse keskkonda asetada. Ilma otsese kokkupuuteta on nende näitude täpsus aga suhteliselt madal, sest võib esineda kõrvalmõjusid, mis näitu mõjutavad.

Püromeetreid on kolme tüüpi:

1. Interferomeetrilised püromeetrid kiirgavad kaks kiirt, millest üks läbib keskkonda ja teine ​​on juhtkiir. Need kaks kiirt tabavad ränitundlikku elementi, mille järel võrreldakse kiirte murdumist ja pikkust, mis sõltuvad otseselt keskkonna kuumutamisest.
2. Fluorestseeruvad termoandurid need töötavad keerulisemal põhimõttel: fosforipõhiseid komponente kantakse pinnale, kus on vaja soojushulka mõõta. Pärast seda eksponeeritakse objekt ultraviolett-impulsskiirgusega, mille tulemusena tekivad teatud reaktsioonid ja kiirgust analüüsitakse.
3. Andurid, mis sisaldavad lahuseidmis võivad temperatuuri mõjul värvi muuta. Sellistes püromeetrites kasutatav koobaltkloriid on kokkupuutel mõõdetava ainega võimeline muutma värvispektrit sõltuvalt kuumutamisastmest. Seega võimaldab lahust läbiva valguse hulk mõõta vajalikke soojusparameetreid.

Valikureeglid

Kõik ülaltoodud andurid töötavad suurepäraselt määratud piirides. Siiski peate mõistma, et neid tuleb valida ja kasutada konkreetse juhtumi nõuete alusel.

Seetõttu peaksite ühe või teise termomuunduri valimisel pöörama tähelepanu järgmistele punktidele:

1. Temperatuurivahemiku väärtus.
2. Võimalus sukeldada andur mõõdetud keskkonda. Kui see pole võimalik, tasub kasutada püromeetriid või akustilisi andureid.
3. Mõõtmistingimused on anduri valimisel üks olulisemaid kaalutlusi. Siin tasub arvestada mitte ainult keskkonna agressiivsust, vaid ka selliseid parameetreid nagu: rõhk, niiskus jne. Seetõttu tasub valida kas kontaktivabad andurid või korrosioonikindlates korpustes.
4. Alati tuleb arvestada ka väljundsignaali olemusega. Tõepoolest, mõned termomuundurid suudavad signaali koheselt kraadideks teisendada, teised aga annavad seda ainult vooluhulga ulatuses.
5. Mõned andurid on üsna ebastabiilsed ja lühiajalised, millega tuleks samuti arvestada. Seega, kui on vaja pikka tööd ilma vahetamise ja kalibreerimiseta, siis tuleb ka seda nüanssi arvestada.
6. Teatud vajaduste jaoks anduri valimisel on kasulik pöörata tähelepanu reaktsiooniajale, eraldusvõimele ja veale, tööpingele, korpuse tüübile.

Võttes arvesse kõiki ülaltoodud nüansse, saate valida anduri, mis on oma omadustelt konkreetses olukorras ja konkreetsete ülesannete jaoks täielikult kooskõlas.