Ưu điểm và nhược điểm của các cảm biến nhiệt độ khác nhau

Trong nhiều quy trình công nghệ, một trong những đại lượng vật lý quan trọng nhất là nhiệt độ. Trong công nghiệp, cảm biến nhiệt độ được sử dụng để đo lường. Các cảm biến này chuyển đổi thông tin nhiệt độ thành tín hiệu điện, sau đó tín hiệu này được xử lý và giải thích bằng thiết bị điện tử và tự động hóa. Do đó, giá trị nhiệt độ được hiển thị đơn giản trên màn hình hoặc làm cơ sở để tự động thay đổi chế độ vận hành của thiết bị này hoặc thiết bị khác.

Bằng cách này hay cách khác, ngày nay cảm biến nhiệt độ là không thể thiếu, đặc biệt là trong công nghiệp. Và điều quan trọng là chọn cảm biến phù hợp với mục đích của bạn, hiểu rõ các tính năng phân biệt của các loại cảm biến nhiệt độ khác nhau. Chúng ta sẽ nói về điều đó sau.

Các cảm biến khác nhau cho các mục đích khác nhau

Về mặt công nghệ, cảm biến nhiệt độ được chia thành hai nhóm lớn: tiếp xúc và không tiếp xúc. Cảm biến không tiếp xúc sử dụng nguyên tắc đo lường trong công việc của họ thông số hồng ngoạiđến từ một bề mặt xa xôi.

Mặt khác, cảm biến tiếp xúc, trên thị trường rộng rãi hơn, khác ở chỗ phần tử cảm biến của chúng trong quá trình đo nhiệt độ tiếp xúc trực tiếp với bề mặt hoặc môi trường có nhiệt độ cần đo. Do đó, tốt nhất là kiểm tra chi tiết các cảm biến tiếp xúc, so sánh các loại, đặc điểm của chúng, đánh giá ưu điểm và nhược điểm của các loại cảm biến nhiệt độ khác nhau.

Khi chọn một cảm biến nhiệt độ, điều đầu tiên cần làm là xác định mức độ cần thiết để đo nhiệt độ. Cảm biến hồng ngoại sẽ có thể đo nhiệt độ ở khoảng cách xa bề mặt, do đó, điều quan trọng cơ bản là giữa cảm biến và bề mặt mà nó sẽ hướng tới, bầu khí quyển phải trong suốt và sạch nhất có thể, nếu không thì nhiệt độ dữ liệu sẽ bị bóp méo ( nhìn - Đo nhiệt độ không tiếp xúc trong quá trình vận hành thiết bị).

Cảm biến tiếp xúc sẽ cho phép bạn đo trực tiếp nhiệt độ của bề mặt hoặc của môi trường mà nó tiếp xúc, vì vậy độ sạch của bầu không khí xung quanh nói chung không quan trọng. Ở đây, sự tiếp xúc trực tiếp và chất lượng cao giữa cảm biến và vật liệu thử nghiệm là rất quan trọng.

Đầu dò tiếp xúc có thể được sản xuất bằng một trong số các công nghệ: nhiệt điện trở, nhiệt kế điện trở hoặc cặp nhiệt điện. Mỗi công nghệ đều có ưu điểm và nhược điểm.

Nhiệt điện trở rất nhạy, giá của nó ở giữa cặp nhiệt điện và nhiệt kế điện trở nhưng không khác nhau về độ chính xác và tuyến tính.

Cặp nhiệt điện đắt hơn, nó phản ứng nhanh hơn với sự thay đổi nhiệt độ, các phép đo sẽ tuyến tính hơn nhiệt điện trở nhưng độ chính xác và độ nhạy không cao.

Nhiệt kế điện trở là loại chính xác nhất trong ba loại, nó tuyến tính nhưng kém nhạy hơn, mặc dù nó rẻ hơn so với cặp nhiệt điện về giá.

Ngoài ra, khi chọn cảm biến, bạn nên chú ý đến dải nhiệt độ đo được, đối với cặp nhiệt điện và nhiệt kế điện trở thì phụ thuộc vào chất liệu của phần tử cảm biến được sử dụng. Vì vậy, bạn phải tìm một số thỏa hiệp.

Cặp nhiệt điện

cảm biến nhiệt độ cặp nhiệt điện làm việc nhờ Hiệu ứng Seebekov… Hai dây kim loại khác nhau được hàn ở một đầu — đây được gọi là mối nối nóng của cặp nhiệt điện, tiếp xúc với nhiệt độ đo được. Ở phía đối diện của dây, nhiệt độ của các đầu của chúng không thay đổi, một vôn kế nhạy cảm được kết nối ở nơi này.

Điện áp được đo bằng vôn kế phụ thuộc vào chênh lệch nhiệt độ giữa điểm nối nóng và dây nối với vôn kế. Các cặp nhiệt điện khác nhau ở các kim loại tạo thành các mối nối nóng của chúng, điều này xác định phạm vi nhiệt độ đo được cho một cảm biến cặp nhiệt điện cụ thể.

Dưới đây là bảng các loại cảm biến khác nhau của loại này. Loại cảm biến được chọn tùy thuộc vào phạm vi nhiệt độ cần thiết và tính chất của môi trường.

Cảm biến loại E phù hợp để sử dụng trong môi trường oxy hóa hoặc trơ. Loại J — để hoạt động trong môi trường chân không, trơ hoặc khử. Loại K — thích hợp cho môi trường oxy hóa hoặc trung tính. Loại N — có tuổi thọ dài hơn so với loại K.

Cảm biến loại T có khả năng chống ăn mòn nên có thể sử dụng trong môi trường oxy hóa, khử, trơ ẩm, cũng như trong chân không. Loại R (công nghiệp) và S (phòng thí nghiệm) — là các cảm biến nhiệt độ cao phải được bảo vệ bằng chất cách điện gốm đặc biệt hoặc ống phi kim loại. Loại B thậm chí còn có nhiệt độ cao hơn loại R và S.

Ưu điểm của cảm biến cặp nhiệt điện là tính ổn định của các tham số hoạt động ở nhiệt độ cao và tốc độ phản ứng tương đối với những thay đổi về nhiệt độ đường giao nhau nóng. Cảm biến loại này được trình bày trong một loạt các đường kính có sẵn. Họ có một mức giá thấp.

Về nhược điểm, cặp nhiệt điện có đặc điểm là độ chính xác thấp, điện áp đo được cực thấp và ngoài ra, các cảm biến này luôn yêu cầu mạch bù.

nhiệt kế điện trở

Điện trở kế hay cảm biến nhiệt độ biến trở được viết tắt là RTD. Nó hoạt động dựa trên nguyên tắc thay đổi điện trở của kim loại tùy thuộc vào sự thay đổi nhiệt độ của nó. Kim loại được sử dụng: bạch kim (từ -200 ° C đến +600 ° C), niken (từ -60 ° C đến +180 ° C), đồng (từ -190 ° C đến +150 ° C), vonfram (từ -100 ° C đến +1400 ° C) — tùy thuộc vào phạm vi nhiệt độ đo được yêu cầu.

Bạch kim thường được sử dụng nhiều hơn so với các kim loại khác trong nhiệt kế điện trở, cung cấp dải nhiệt độ khá rộng và cho phép bạn chọn các cảm biến có độ nhạy khác nhau. Vì vậy, cảm biến Pt100 có điện trở 100 Ohm ở 0 °C và cảm biến Pt1000 có 1kOhm ở cùng nhiệt độ, tức là nó nhạy hơn và cho phép bạn đo nhiệt độ chính xác hơn.

So với cặp nhiệt điện, nhiệt kế điện trở có độ chính xác cao hơn, các thông số của nó ổn định hơn và phạm vi nhiệt độ đo được rộng hơn. Tuy nhiên, độ nhạy thấp hơn và thời gian đáp ứng lâu hơn so với cặp nhiệt điện.

điện trở nhiệt

Một loại cảm biến nhiệt độ tiếp xúc khác — điện trở nhiệt… Họ sử dụng các oxit kim loại có thể thay đổi đáng kể điện trở tùy thuộc vào nhiệt độ. Điện trở nhiệt có hai loại: PTC—PTC và NTC—NTC.

Đầu tiên, điện trở tăng khi nhiệt độ tăng trong một phạm vi hoạt động nhất định, trong lần thứ hai, khi nhiệt độ tăng, điện trở giảm. Nhiệt điện trở có đặc điểm là phản ứng nhanh hơn với sự thay đổi nhiệt độ và giá thành rẻ, nhưng chúng khá mỏng manh và có dải nhiệt độ hoạt động hẹp hơn so với nhiệt kế điện trở và cặp nhiệt điện cùng loại.

cảm biến hồng ngoại

Như đã đề cập ở đầu bài viết, cảm biến hồng ngoại diễn giải bức xạ hồng ngoại phát ra từ một bề mặt ở xa - mục tiêu. Ưu điểm của chúng là phép đo nhiệt độ được thực hiện theo cách không tiếp xúc, nghĩa là không cần ấn chặt cảm biến vào vật thể hoặc nhúng nó vào môi trường.

Chúng phản ứng rất nhanh với sự thay đổi nhiệt độ, đó là lý do tại sao chúng được áp dụng để kiểm tra bề mặt của các vật thể chuyển động, chẳng hạn như trên băng chuyền. trực tiếp trong lò nướng hoặc trong bất kỳ khu vực tích cực nào.

Nhược điểm của cảm biến hồng ngoại bao gồm độ nhạy của chúng đối với tình trạng của bề mặt phát nhiệt, cũng như độ sạch của quang học của chính chúng và bầu không khí trong đường dẫn giữa cảm biến và mục tiêu. Bụi và khói ảnh hưởng lớn đến các phép đo chính xác.