עקרון הפעולה והתכונות של חיישני טמפרטורה, סיווג והיקף

ייצור מודרני פשוט בלתי מתקבל על הדעת ללא אוטומציה של תהליכים טכנולוגיים שונים. החל מתחנת כוח גרעינית וכלה במכוניות, ניתן למצוא בכל מקום אלמנטים של בקרה אוטומטית וויסות הפרמטרים הדרושים. יש לשלוט בלחץ, מהירויות זוויתיות וליניאריות, טמפרטורה ופרמטרים רבים אחרים לתפעול יעיל יותר של הייצור או המכונה כולה.

מבין המגוון הכולל של הפרמטרים המנוטרים, כמחצית נלקח על ידי מדידת טמפרטורה ובקרה. ואחד מהחלקים החשובים ביותר של המערכת כולה הוא החיישן. בהתחשב בכך שהתנאים וטווחי הטמפרטורה יכולים להשתנות מאוד, חיישנים וראשוניים ממירים מיוצרים עם תכונות ואיכויות שונות, בהתאם לטכנולוגיה דרישות.

חיישן מדידת הטמפרטורה עצמו הוא מכשיר המסוגל לקבל ערך נמדד ולהמיר אותו לאות לעיבוד וויסות לאחר מכן על ידי מכשיר בקרה. במילים פשוטות, זהו ממיר של כמות אחת (טמפרטורה) לכמות אחרת (זרם חשמלי, התנגדות), המסוגל לעבד את המכשיר (לדוגמה, בקר טמפרטורה) ובהתבסס על הנתונים שהתקבלו, לבצע את הפעולות שבגינן זה התקן. לדוגמה, כאשר הטמפרטורה מגיעה מעל לנקודת ההגדרה, המכשיר יכול לכבות את המפעיל כדי לעצור את מקור החימום (בינוני).

סוגי חיישני טמפרטורה

בשל העובדה שהתנאים וטווחי המדידה עבור משימות שונות יכולים להיות שונים מאוד, והדרישות למדידת פרמטרים שונים של טמפרטורה עשויות להיות שונות, בהתאמה, לבצע משימות מסוימות ממיר תרמי חייב לעמוד בתנאים אלה ובדרישות מסוימות. לכן, הם יכולים להיות שונים ולהשתמש בתכונות שונות של חומרים בעבודה. לפיכך, חיישנים הם:

• מוֹלִיך לְמֶחֱצָה;
• התנגדות תרמית;
• אֲקוּסְטִי;
• תרמו-אלקטרי;
• פיזואלקטרי;
• פירומטרים.

נתאר בקצרה את התכונות של כל אחד מהם כדי שתוכלו לדמיין באילו מקרים יש צורך להשתמש במכשיר זה או אחר.

מוליכים למחצה תרמו-אלקטריים

ממירים תרמיים מסוג זה מבוקשים בתעשיות, מכיוון שהם מכשירים זולים ומדויקים למדי עם שגיאה נמוכה. בהשפעת הטמפרטורה, חיישן כזה רושם שינויים במאפיינים של צומת pn. כאן ניתן להשתמש כמעט כל דיודה או טרנזיסטור דו קוטבי. דיוק גבוה של חיישני טמפרטורת מוליכים למחצה מושגת בשל התלות של המתח על פני הטרנזיסטור בטמפרטורה המוחלטת.

ממירים תרמו-אלקטריים התנגדות תרמית

היתרונות העיקריים של חיישני טמפרטורה כאלה הם העמידות, היציבות והרגישות הגבוהה שלהם. הם מתאימים בצורה מושלמת כמעט לכל תוכנית.

פעולתם של ממירים תרמיים כאלה מבוססת על שינוי בהתנגדות בהשפעת הטמפרטורה על מוליך או מוליך למחצה. במילים פשוטות, הם מכילים תרמיסטור בעיצובם, המגיב לשינויים במדיום הנמדד.

בהתאם לחומר המשמש בחיישני טמפרטורה התנגדות חום, הם מחולקים ל:

1. סיליקון עמיד, המתאפיין ביציבות ארוכת טווח ובדיוק גבוה.
2. גלאי טמפרטורה עמידים הכוללים יציבות, חוסן ודיוק גבוהים. עבודתם מבוססת על יכולתן של מתכות לשנות את ההתנגדות שלהן בעת ​​חשיפה לטמפרטורה. לרוב, חיישנים כאלה משתמשים בפלטינה או בנחושת, וכאשר שולטים בטמפרטורות גבוהות במיוחד, טונגסטן. החיסרון היחיד שלהם הוא העלות הגבוהה יחסית.
3. תרמיסטורים מבוססים על שימוש בתרכובות תחמוצת מתכת. הם משמשים רק למדידת טמפרטורות מוחלטות. החסרונות העיקריים הם הצורך בכיול ושבריריות.

מכשירי קירבה אקוסטיים

סוג זה של חיישן טמפרטורה משמש בעיקר למדידת טמפרטורות גבוהות. עקרון הפעולה שלהם מבוסס על שינוי מאפייני הקול בטמפרטורות שונות. מורכב מזה חיישן תרמי מהמקלט והפולט. הצליל, העובר דרך המדיום הנחקר, נכנס למקלט, שם מוקלטים הפרמטרים שלו, ועל בסיסם נקבעת הטמפרטורה.

חיישנים תרמיים אקוסטיים משמשים לעתים קרובות ברפואה ושם אי אפשר למדוד טמפרטורה בשיטות מגע. אחד החסרונות העיקריים שלהם הוא הדיוק הנמוך של הטמפרטורות הנמדדות והשגיאה הגבוהה עקב תכונות נוספות.

חיישנים טרמו-אלקטריים

חיישנים תרמו-אלקטריים, או, יותר פשוט, צמדים תרמיים נבדלים על ידי מגוון רחב של ערכים נמדדים - מ -200 עד 2200 מעלות צלזיוס. יתר על כן, היכולות שלהם תלויות בחומרים המשמשים. לדוגמה, צמדים תרמיים ממתכת בסיס יכולים למדוד טמפרטורה עד 1100 מעלות צלזיוס, עם אצילי עד 1600 מעלות צלזיוס, וכדי למדוד תנאים תרמיים גבוהים במיוחד, משתמשים בצמדים תרמיים עם מתכות עקשניות כמו טונגסטן.

עקרון הפעולה של חיישנים תרמו-אלקטריים מבוסס על אפקט Seebeck, כלומר. נעשה שימוש בצמתים של מתכות שונות, היוצרות לולאה סגורה שבה נוצר זרם חשמלי כאשר לצמתים יש טמפרטורות שונות. הצמד התרמי מורכב משני קצוות: עובד וחופשי. הראשון צולל ישירות לתוך סביבת העבודה, בעוד שהאחרון לא. לפיכך, נוצר הפרש טמפרטורה, אשר מוצג בצורה של מתח מוצא, אשר נרשם על ידי multivoltmeter, כלול לעתים קרובות בסט עם חיישן תרמו-אלקטרי.

מכשירי קוורץ פיזואלקטריים

עיקרון הפעולה של חיישן טמפרטורה פיזואלקטרי מבוסס על השימוש בפיוזורסונטור קוורץ. החומר הפיאזו המשמש בו ממלא תפקיד של מהוד. כאשר מופעל עליו זרם חשמלי, זה החומר מתחיל להסס כאשר נחשפים למצבים תרמיים שונים, וגם תדר הרטט משתנה, וזה הבסיס לחיישנים פיזואלקטריים.

ממירים תרמיים ללא מגע פירומטרים

חיישנים ללא מגע המסוגלים לזהות קרינה תרמית מגופים מחוממים נקראים פירומטרים. הנוחות של מכשירים כאלה היא שאין צורך להציב אותם ישירות לתוך הסביבה. עם זאת, ללא מגע ישיר, הדיוק של הקריאות שלהם נמוך יחסית, מכיוון שיכולות להיות תופעות לוואי המשפיעות על הקריאות.

ישנם שלושה סוגים של פירומטרים:

1. פירומטרים אינטרפרומטריים פולטים שתי אלומות, שעוברות אחת דרך המדיום, והשנייה היא הבקרה. שתי הקורות הללו פוגעות באלמנט רגיש לסיליקון, ולאחר מכן מושווים שבירה ואורך של הקורות, התלויות ישירות בחימום המדיום.
2. חיישנים תרמיים פלורסנטים הם פועלים על פי עיקרון מורכב יותר: רכיבים מבוססי זרחן מוחלים על פני השטח שבו יש צורך למדוד את כמות החום. לאחר מכן, האובייקט נחשף לקרינה אולטרה סגולה, וכתוצאה מכך מתרחשות תגובות מסוימות, והקרינה מנותחת.
3. חיישנים המכילים פתרונותשיכול לשנות צבע בהשפעת הטמפרטורה. קובלט כלוריד המשמש בפירומטרים כאלה, במגע עם המדיום הנמדד, מסוגל לשנות את ספקטרום הצבע בהתאם לדרגת החימום. לפיכך, כמות האור העוברת בתמיסה מאפשרת למדוד את הפרמטרים התרמיים הנדרשים.

כללי בחירה

כל החיישנים שלעיל מתפקדים מצוין בגבולות שצוינו. עם זאת, אתה צריך להבין כי יש צורך לבחור ולהשתמש בהם בהתבסס על הדרישות במקרה מסוים.

לכן, בעת בחירת ממיר תרמי כזה או אחר, עליך לשים לב לנקודות הבאות:

1. הערך של טווח הטמפרטורות.
2. היכולת לטבול את החיישן בסביבה הנמדדת. אם זה לא אפשרי, אז כדאי להיעזר בפירומטרים או בחיישנים אקוסטיים.
3. תנאי המדידה הם אחד השיקולים החשובים ביותר בבחירת חיישן. כאן כדאי להתייחס לא רק לאגרסיביות של הסביבה, אלא גם לפרמטרים כמו: לחץ, לחות וכו'. לכן, כדאי לבחור בחיישנים ללא מגע או בבתים עמידים בפני קורוזיה.
4. תמיד יש להתייחס גם לאופי אות המוצא. אכן, ממירים תרמיים מסוימים יכולים להמיר מיד את האות למעלות, בעוד שאחרים נותנים אותו רק בכמות הזרם.
5. חלק מהחיישנים הם די לא יציבים וקצרי מועד, מה שגם צריך לקחת בחשבון. לכן, אם נדרשת עבודה ארוכה ללא החלפה וכיול, יש לקחת בחשבון גם ניואנס זה.
6. בעת בחירת חיישן לצרכים מסוימים, זה יהיה שימושי לשים לב לזמן התגובה, הרזולוציה והשגיאה, מתח אספקת ההפעלה, סוג הדיור.

בהתחשב בכל הניואנסים לעיל, אתה יכול לבחור חיישן התואם באופן מלא את המאפיינים שלו במצב מסוים ולמשימות ספציפיות.