Capteur de température ( CTN / RDT ) concept, développement et classification

je. Concepts de base du capteur de température
1. Température
La température est une grandeur physique qui indique le degré de chaleur ou de froid d'un objet.. Au microscope, c'est l'intensité du mouvement thermique des molécules d'un objet. Plus la température est élevée, plus le mouvement thermique des molécules à l'intérieur de l'objet est intense.

La température ne peut être mesurée qu'indirectement à travers certaines caractéristiques d'un objet qui changent avec la température, et l'échelle utilisée pour mesurer la valeur de température d'un objet est appelée échelle de température. Il précise le point de départ (point zéro) de la lecture de la température et de l'unité de base pour mesurer la température. L'unité internationale est l'échelle thermodynamique (K). D'autres échelles de température actuellement utilisées à l'échelle internationale sont l'échelle Fahrenheit. (°F), l'échelle Celsius (°C) et l'échelle internationale pratique de température.

Du point de vue de la théorie du mouvement moléculaire, la température est un signe de l'énergie cinétique moyenne du mouvement moléculaire d'un objet. La température est l'expression collective du mouvement thermique d'un grand nombre de molécules et contient une signification statistique.

Diagramme de simulation: Dans un espace fermé, la vitesse de déplacement des molécules de gaz à haute température est plus rapide qu'à basse température!

Capteur de température NTC avec kit de sonde à tube en acier inoxydable

Capteur de température NTC avec boîtier ABS fil de sonde 105°

Capteur de température NTC avec thermistance SEMITEC

2. Capteur de température
Un capteur de température fait référence à un capteur capable de détecter la température et de la convertir en un signal de sortie utilisable.. C'est un dispositif important pour réaliser la détection et le contrôle de la température. Parmi la grande variété de capteurs, les capteurs de température sont l’un des capteurs les plus utilisés et dont la croissance est la plus rapide. Dans le processus d'automatisation de la production industrielle, les points de mesure de la température représentent environ la moitié de tous les points de mesure.

3. Composition des capteurs de température

II. Développement de capteurs de température
La perception de la chaleur et du froid est à la base de l'expérience humaine, mais trouver un moyen de mesurer la température a déconcerté de nombreux grands hommes. Il n’est pas clair si les Grecs de l’Antiquité ou les Chinois ont été les premiers à trouver un moyen de mesurer la température., mais il existe des archives selon lesquelles l'histoire des capteurs de température a commencé à la Renaissance.

Nous commençons par les défis rencontrés par la mesure de la température, puis présenter l'historique du développement des capteurs de température sous différents aspects [Source: Document de livre blanc sur les mesures industrielles OMEGA]:

1. Les défis de la mesure
La chaleur est utilisée pour mesurer l'énergie contenue dans un tout ou un objet. Plus l'énergie est grande, plus la température est élevée. Cependant, contrairement aux propriétés physiques telles que la masse et la longueur, la chaleur est difficile à mesurer directement, la plupart des méthodes de mesure sont donc indirectes, et la température est déduite en observant l'effet du chauffage de l'objet. Donc, l'étalon de mesure de la chaleur a toujours été un défi.

Dans 1664, Robert Hooke a proposé d'utiliser le point de congélation de l'eau comme point de référence pour la température.. Ole Reimer estime qu'il faut déterminer deux points fixes, et il a choisi le point de congélation de Hooke et le point d'ébullition de l'eau. Cependant, comment mesurer la température des objets chauds et froids a toujours été un problème. Au 19ème siècle, des scientifiques comme Gay-Lussac, qui a étudié la loi sur le gaz, a découvert que lorsqu'un gaz est chauffé sous pression constante, la température augmente de 1 degré Celsius et le volume augmente de 1/267 (révisé plus tard pour 1/273.15), et la notion de 0 degrés -273,15 ℃ ont été dérivés.

2. Observer l'expansion: liquides et bimétalliques
Selon les rapports, On pense que Galilée a fabriqué un appareil qui montre les changements de température autour de lui. 1592. Cet appareil affecte la colonne d'eau en contrôlant la contraction de l'air dans un récipient, et la hauteur de la colonne d'eau indique le degré de refroidissement. Mais comme cet appareil est facilement affecté par la pression de l'air, il ne peut être considéré que comme un nouveau jouet.

Le thermomètre tel que nous le connaissons a été inventé par Santorio Santorii en Italie en 1612. Il a enfermé le liquide dans un tube de verre et a observé son mouvement lorsqu'il se dilatait..

Mettre des écailles sur le tube a permis de voir plus facilement les changements, mais le système manquait encore d'unités précises. Travailler avec Reimer était Gabriel Fahrenheit. Il a commencé à produire des thermomètres utilisant de l'alcool et du mercure comme liquides. Mercure était parfait car il avait une réponse linéaire aux changements de température sur une large plage, mais c'était très toxique, donc on l'utilise de moins en moins maintenant. D'autres liquides alternatifs sont à l'étude, mais il est encore largement utilisé.

Le capteur de température bimétallique a été inventé à la fin des années 1800. Il profite de l'expansion inégale de deux tôles lorsqu'elles sont jointes. Le changement de température fait plier les tôles, qui peut être utilisé pour activer un thermostat ou un compteur similaire à ceux utilisés dans les grils à gaz. La précision de ce capteur n'est pas élevée, peut-être plus ou moins deux degrés, mais il est aussi largement utilisé en raison de son faible prix.

3. Effet thermoélectrique
Au début des années 1800, l'électricité était un domaine passionnant. Les scientifiques ont découvert que différents métaux ont une résistance et une conductivité différentes. Dans 1821, Thomas Johann Seebeck a découvert l'effet thermoélectrique, c'est-à-dire que différents métaux peuvent être connectés ensemble et placés à différentes températures pour générer une tension. Davy a démontré la corrélation entre la résistivité du métal et la température. Becquerel a proposé l'utilisation de thermocouples platine-platine pour la mesure de la température, et l'appareil lui-même a été créé par Léopold en 1829. Le platine peut également être utilisé dans les détecteurs de température à résistance, inventé par Myers en 1932. C'est l'un des capteurs les plus précis pour mesurer la température.

Les RTD bobinés sont fragiles et donc inadaptés aux applications industrielles. Ces dernières années ont vu le développement des RTD à couches minces, qui ne sont pas aussi précis que les RTD bobinés, mais sont plus robustes. Le 20e siècle a également vu l'invention des appareils de mesure de la température à semi-conducteurs.. Les appareils de mesure de la température à semi-conducteurs réagissent aux changements de température et ont une grande précision, mais jusqu'à récemment, ils manquent de linéarité.

4. Rayonnement thermique
Les métaux très chauds et les métaux en fusion génèrent de la chaleur, émettant de la chaleur et de la lumière visible. À des températures plus basses, ils rayonnent également de l'énergie thermique, mais avec des longueurs d'onde plus longues. L'astronome britannique William Herschel a découvert en 1800 que ceci “flou” la lumière ou la lumière infrarouge génère de la chaleur.

Travailler avec son compatriote Meloni, Robelli a découvert un moyen de détecter cette énergie radiante en connectant des thermocouples en série pour créer une thermopile. Cela a été suivi dans 1878 par le bolomètre. Inventé par l'Américain Samuel Langley, cela utilisait deux bandes de platine, un noirci dans une disposition en pont à un seul bras. Le chauffage par rayonnement infrarouge a produit un changement mesurable de résistance. Les bolomètres sont sensibles à une large gamme de longueurs d'onde infrarouges.

En revanche, dispositifs du type détecteur quantique de rayonnement, qui a été développé depuis les années 1940, répondait uniquement à la lumière infrarouge dans une bande limitée. Aujourd'hui, des pyromètres bon marché sont largement utilisés, et le deviendra encore plus à mesure que le prix des caméras thermiques baissera.

5. Échelle de température
Quand Fahrenheit fabriquait le thermomètre, il s'est rendu compte qu'il avait besoin d'une échelle de température. Il a mis 30 degrés d'eau salée comme point de congélation et plus 180 degrés d'eau salée comme point d'ébullition. 25 des années plus tard, Anders Celsius a proposé d'utiliser une échelle de 0-100, et aujourd'hui “Celsius” porte également son nom.

Plus tard, William Thomson a découvert les avantages de fixer un point fixe à une extrémité de l'échelle, puis Kelvin a proposé de définir 0 degrés comme point de départ du système Celsius. Cela a formé l’échelle de température Kelvin utilisée aujourd’hui en science..

III. Classification des capteurs de température
Il existe de nombreux types de capteurs de température, et ils ont des noms différents selon différentes normes de classification.

1. Classification par méthode de mesure
Selon la méthode de mesure, ils peuvent être divisés en deux catégories: contact et sans contact.

(1) Capteur de température à contact:

Le capteur entre directement en contact avec l'objet à mesurer pour mesurer la température. Comme la chaleur de l'objet à mesurer est transférée au capteur, la température de l'objet à mesurer est réduite. En particulier, lorsque la capacité thermique de l'objet à mesurer est faible, la précision de la mesure est faible. Donc, la condition préalable pour mesurer la température réelle d'un objet de cette manière est que la capacité thermique de l'objet mesuré soit suffisamment grande.

(2) Capteur de température sans contact:
Il utilise principalement le rayonnement infrarouge émis par le rayonnement thermique de l'objet mesuré pour mesurer la température de l'objet., et peut être mesuré à distance. Son coût de fabrication est élevé, mais la précision des mesures est faible. Les avantages sont qu'il n'absorbe pas la chaleur de l'objet mesuré; il n'interfère pas avec le champ de température de l'objet mesuré; la mesure continue ne génère pas de consommation; il a une réponse rapide, etc..

2. Classification selon différents phénomènes physiques
En outre, il y a des capteurs de température à micro-ondes, capteurs de température de bruit, carte de température capteurs de température, débitmètres de chaleur, thermomètres à jet, thermomètres à résonance magnétique nucléaire, Thermomètres à effet Mossbauer, Thermomètres à effet Josephson, thermomètres de conversion supraconducteurs à basse température, capteurs de température à fibre optique, etc.. Certains de ces capteurs de température ont été appliqués, et certains sont encore en développement.

Étanche, capteur de température anticorrosion RTD PT100

Capteur de température RTD PT100 avec 1-2 Connexion filetée externe NPT

Sonde RTD de capteur de température PT100 avec 6 longueur de la sonde en pouces

100 Élément platine Ohm classe A (PT100)
Coefficient de température, une = 0.00385.
304 Gaine en acier inoxydable
Jonction de transition robuste avec serre-câble
Longueur de la sonde – 6 Pouces (152 mm) ou 12 Pouces (305mm)
Diamètre de la sonde 1/8 pouce (3 mm)
Trois fils 72 Pouce (1.8m) Fil de plomb se terminant par des cosses à fourche
Température nominale : 660°F (350°C)

La série PT100 est constituée de sondes RTD avec gaine en acier inoxydable et 100 élément RTD en platine ohm. Les PT100-11 sont disponibles avec 6 ou 12 longueur de la sonde en pouces. Ces sondes comportent une gaine de 3 mm de diamètre construite à partir de 304 acier inoxydable, un joint de transition robuste qui relie la sonde aux fils conducteurs et 72 pouces de fil conducteur se terminant par des cosses plates à code couleur. Un élément capteur de classe A est utilisé pour fournir des mesures de haute précision.

La sonde PT100 est bien adaptée aux environnements industriels. Les RTD sont des capteurs basés sur la résistance, de sorte que le bruit électrique a un effet minimal sur la qualité du signal.. La conception du fil à trois fils compense la résistance du fil, permettant des parcours de fil plus longs sans impact significatif sur la précision.. Le joint de transition robuste avec serre-fil à ressort permet une connexion hautement mécaniquement solide entre le fil et la sonde..