Prednosti i nedostaci različitih temperaturnih senzora

U mnogim tehnološkim procesima jedna od najvažnijih fizikalnih veličina je temperatura. U industriji se za mjerenje koriste temperaturni senzori. Ovi senzori pretvaraju informaciju o temperaturi u električni signal, koji zatim elektronika i automatizacija obrađuju i tumače. Kao rezultat toga, vrijednost temperature se jednostavno prikazuje na zaslonu ili služi kao osnova za automatsku promjenu načina rada jednog ili drugog dijela opreme.

Na ovaj ili onaj način, temperaturni senzori danas su nezamjenjivi, posebno u industriji. I važno je odabrati pravi senzor za svoju svrhu, jasno razumijevajući razlikovne značajke različitih vrsta temperaturnih senzora. O tome ćemo kasnije.

Različiti senzori za različite namjene

Tehnološki se temperaturni senzori dijele u dvije velike skupine: kontaktne i beskontaktne. Beskontaktni senzori u svom radu koriste princip mjerenja infracrveni parametridolazeći s daleke površine.

Kontaktni senzori, s druge strane, na širem tržištu, razlikuju se po tome što je njihov senzorski element u procesu mjerenja temperature u direktnom kontaktu s površinom ili medijem čija se temperatura mjeri. Stoga će biti najsvrsishodnije detaljno ispitati kontaktne senzore, usporediti njihove vrste, karakteristike, procijeniti prednosti i nedostatke različitih vrsta temperaturnih senzora.

Prilikom odabira temperaturnog senzora, prvo što treba učiniti je odrediti na koji će način biti potrebno mjeriti temperaturu. Infracrveni senzor moći će mjeriti temperaturu na udaljenosti od površine, stoga je od temeljne važnosti da između senzora i površine na koju će biti usmjeren atmosfera bude što prozirnija i čišća, inače temperatura podaci će biti iskrivljeni ( pogledajte - Beskontaktno mjerenje temperature tijekom rada opreme).

Kontaktni senzor omogućit će vam izravno mjerenje temperature površine ili okoline s kojom je u kontaktu, tako da čistoća okolne atmosfere općenito nije važna. Ovdje je izravan i kvalitetan kontakt između senzora i ispitnog materijala ključan.

Kontaktna sonda može se proizvesti pomoću jedne od nekoliko tehnologija: termistora, otpornog termometra ili termopara. Svaka tehnologija ima svoje prednosti i nedostatke.

Termistor je vrlo osjetljiv, cijenom je u sredini između termoparova i otpornih termometara, ali se ne razlikuje u točnosti i linearnosti.

Termopar je skuplji, brže reagira na promjene temperature, mjerenja će biti linearnija od termistora, ali točnost i osjetljivost nisu visoke.

Otporni termometar je najprecizniji od sva tri, linearan je, ali manje osjetljiv, iako je cijenom jeftiniji od termopara.

Osim toga, pri odabiru senzora treba obratiti pozornost na raspon izmjerenih temperatura, za termoparove i otporne termometre ovisi o materijalu korištenog osjetljivog elementa. Dakle, morate naći neki kompromis.

Termopar

Senzori temperature termopar raditi zahvaljujući Seebekov učinak… Dvije žice od različitih metala zalemljene su na jednom kraju — to je takozvani vrući spoj termoelementa koji je izložen izmjerenoj temperaturi. Na suprotnoj strani žica, temperatura njihovih krajeva se ne mijenja, na ovom mjestu je spojen osjetljiv voltmetar.

Napon izmjeren voltmetrom ovisi o razlici temperature između vrućeg spoja i žica spojenih na voltmetar. Termoparovi se razlikuju po metalima koji tvore njihove vruće spojeve, što određuje raspon izmjerenih temperatura za pojedini senzor termopara.

Ispod je tablica različitih tipova senzora ove sorte. Tip senzora odabire se ovisno o potrebnom rasponu temperature i prirodi okoline.

Senzori tipa E prikladni su za korištenje u oksidirajućim ili inertnim okruženjima. Tip J — za rad u vakuumu, inertnim ili redukcijskim okruženjima. Tip K — pogodan za oksidirajuća ili neutralna okruženja. Tip N — ima dulji životni vijek u usporedbi s tipom K.

Senzori tipa T su otporni na koroziju, pa se mogu koristiti u vlažnim oksidacijskim, redukcijskim, inertnim sredinama, kao iu vakuumu. R (industrijski) i S (laboratorijski) — tipovi — su visokotemperaturni senzori koji moraju biti zaštićeni posebnim keramičkim izolatorima ili nemetalnim cijevima. Tip B ima čak i višu temperaturu od tipova R i S.

Prednosti senzora termoparova su stabilnost njihovih radnih parametara pri visokim temperaturama i relativna brzina odziva na promjene temperature vrućeg spoja. Senzori ove vrste predstavljeni su u širokom rasponu dostupnih promjera. Imaju nisku cijenu.

Što se tiče nedostataka, termoparove karakterizira niska točnost, imaju izuzetno nizak izmjereni napon, a osim toga, ovi senzori uvijek zahtijevaju kompenzacijske krugove.

Otporni termometri

Otporni termometar ili reostatski temperaturni senzor skraćeno je RTD. Radi na principu promjene otpora metala ovisno o promjeni njegove temperature. Korišteni metali: platina (od -200 °C do +600 °C), nikal (od -60 °C do +180 °C), bakar (od -190 °C do +150 °C), volfram (od -100 °C do +1400 °C) — ovisno o potrebnom rasponu izmjerene temperature.

Češće od drugih metala, platina se koristi u otpornim termometrima, što daje prilično širok temperaturni raspon i omogućuje vam odabir senzora s različitim osjetljivostima. Dakle, senzor Pt100 ima otpor od 100 Ohma na 0 °C, a senzor Pt1000 ima 1kOhm na istoj temperaturi, odnosno osjetljiviji je i omogućuje točnije mjerenje temperature.

U usporedbi s termoparom, otpornički termometar ima veću točnost, njegovi parametri su stabilniji, a raspon izmjerenih temperatura je širi. Međutim, osjetljivost je manja, a vrijeme odziva dulje nego kod termoparova.

termistori

Druga vrsta kontaktnih senzora temperature — termistori… Koriste metalne okside koji mogu značajno promijeniti svoju otpornost ovisno o temperaturi. Termistori su dvije vrste: PTC — PTC i NTC — NTC.

U prvom, otpor raste s porastom temperature u određenom radnom području, u drugom, s porastom temperature, otpor se smanjuje. Termistori se odlikuju bržim odazivom na promjene temperature i niskom cijenom, ali su prilično krhki i imaju uski raspon radne temperature od istih otpornih termometara i termoparova.

Infracrveni senzori

Kao što je spomenuto na početku članka, infracrveni senzori interpretiraju infracrveno zračenje koje emitira udaljena površina - meta. Njihova prednost je u tome što se mjerenje temperature odvija na beskontaktan način, odnosno nema potrebe da se senzor čvrsto prislanja uz predmet ili da se uranja u okolinu.

Vrlo brzo reagiraju na temperaturne promjene, zbog čega su primjenjivi za ispitivanje površina čak i pokretnih objekata, npr. na pokretnoj traci.Samo uz pomoć infracrvenih senzora moguće je izmjeriti temperaturu uzoraka koji se nalaze npr. izravno u pećnici ili u bilo kojoj agresivnoj zoni.

Nedostaci infracrvenih senzora uključuju njihovu osjetljivost na stanje površine koja emitira toplinu, kao i na čistoću vlastite optike i atmosfere na putu između senzora i cilja. Prašina i dim uvelike ometaju točna mjerenja.