Cảm biến nhiệt độ ( NTC / RTD ) ý tưởng, Phát triển và phân loại

TÔI. Các khái niệm cơ bản về cảm biến nhiệt độ
1. Nhiệt độ
Nhiệt độ là một đại lượng vật lý cho thấy mức độ nóng hoặc độ lạnh của một vật. Kính hiển vi, nó là cường độ của chuyển động nhiệt của các phân tử của một vật. Nhiệt độ càng cao, Chuyển động nhiệt hơn của các phân tử bên trong vật thể.

Nhiệt độ chỉ có thể được đo lường gián tiếp thông qua các đặc điểm nhất định của một đối tượng thay đổi theo nhiệt độ, và thang đo được sử dụng để đo giá trị nhiệt độ của một vật thể được gọi là thang nhiệt độ. Nó chỉ định điểm bắt đầu (không điểm) của việc đọc nhiệt độ và đơn vị cơ bản để đo nhiệt độ. Đơn vị quốc tế là thang đo nhiệt động (K). Các thang đo nhiệt độ khác hiện đang được sử dụng hơn trên phạm vi quốc tế là thang đo Fahrenheit (° f), Thang đo Celsius (°C) và thang đo nhiệt độ thực tế quốc tế.

Từ quan điểm của lý thuyết chuyển động phân tử, Nhiệt độ là dấu hiệu của động năng trung bình của chuyển động phân tử của một vật. Nhiệt độ là biểu hiện tập thể của chuyển động nhiệt của một số lượng lớn các phân tử và chứa ý nghĩa thống kê.

Sơ đồ mô phỏng: Trong một không gian kín, Tốc độ chuyển động của các phân tử khí ở nhiệt độ cao nhanh hơn ở nhiệt độ thấp!

Cảm biến nhiệt độ NTC với bộ đầu dò ống bằng thép không gỉ

Cảm biến nhiệt độ NTC với Dây đầu dò vỏ ABS 105 °

Cảm biến nhiệt độ NTC với nhiệt điện trở Semitec

2. Cảm biến nhiệt độ
Cảm biến nhiệt độ đề cập đến một cảm biến có thể cảm nhận được nhiệt độ và chuyển đổi nó thành tín hiệu đầu ra có thể sử dụng. Nó là một thiết bị quan trọng để hiện thực hóa việc phát hiện và kiểm soát nhiệt độ. Trong số nhiều cảm biến, Cảm biến nhiệt độ là một trong những cảm biến phát triển nhanh nhất và được sử dụng rộng rãi nhất. Trong quá trình tự động hóa sản xuất công nghiệp, Điểm đo nhiệt độ chiếm khoảng một nửa số điểm đo.

3. Thành phần của cảm biến nhiệt độ

Ii. Phát triển cảm biến nhiệt độ
Nhận thức về nóng và lạnh là nền tảng của trải nghiệm của con người, Nhưng tìm cách đo nhiệt độ đã khiến nhiều người đàn ông vĩ đại. Không rõ liệu người Hy Lạp cổ đại hay người Trung Quốc trước tiên đã tìm cách đo nhiệt độ, Nhưng có những hồ sơ rằng lịch sử của các cảm biến nhiệt độ bắt đầu trong thời Phục hưng.

Chúng tôi bắt đầu với những thách thức phải đối mặt bằng cách đo nhiệt độ, và sau đó giới thiệu lịch sử phát triển của các cảm biến nhiệt độ từ các khía cạnh khác nhau [Nguồn: Tài liệu giấy trắng đo lường công nghiệp Omega]:

1. Những thách thức của đo lường
Nhiệt được sử dụng để đo năng lượng chứa trong toàn bộ hoặc vật thể. Năng lượng càng lớn, nhiệt độ càng cao. Tuy nhiên, Không giống như các tính chất vật lý như khối lượng và chiều dài, Nhiệt rất khó đo trực tiếp, Vì vậy, hầu hết các phương pháp đo lường là gián tiếp, và nhiệt độ được suy ra bằng cách quan sát ảnh hưởng của việc làm nóng vật thể. Vì thế, Tiêu chuẩn đo nhiệt luôn là một thách thức.

TRONG 1664, Robert Hooke đề xuất sử dụng điểm đóng băng của nước làm điểm tham chiếu cho nhiệt độ. Ole Reimer believed that two fixed points should be determined, and he chose Hooke’s freezing point and the boiling point of water. Tuy nhiên, how to measure the temperature of hot and cold objects has always been a problem. In the 19th century, scientists such as Gay-Lussac, who studied the gas law, found that when a gas is heated under constant pressure, the temperature rises by 1 degree Celsius and the volume increases by 1/267 (later revised to 1/273.15), and the concept of 0 degrees -273.15℃ was derived.

2. Observe expansion: liquids and bimetals
According to reports, Galileo is believed to have made a device that shows temperature changes around 1592. This device affects the water column by controlling the contraction of air in a container, and the height of the water column indicates the degree of cooling. Nhưng vì thiết bị này dễ dàng bị ảnh hưởng bởi áp suất không khí, nó chỉ có thể được coi là một món đồ chơi mới.

Nhiệt kế như chúng ta biết nó được phát minh bởi Santorio Santorii ở Ý ở 1612. Anh ấy đã niêm phong chất lỏng trong ống thủy tinh và quan sát chuyển động của nó khi nó mở rộng.

Đặt một số thang đo trên ống giúp dễ dàng nhìn thấy những thay đổi hơn, Nhưng hệ thống vẫn thiếu các đơn vị chính xác. Làm việc với Reimer là Gabriel Fahrenheit. Anh ta bắt đầu sản xuất nhiệt kế bằng rượu và thủy ngân làm chất lỏng. Thủy ngân là hoàn hảo vì nó có phản ứng tuyến tính với sự thay đổi nhiệt độ trên phạm vi lớn, Nhưng nó rất độc hại, Vì vậy, nó hiện được sử dụng ngày càng ít. Các chất lỏng thay thế khác đang được nghiên cứu, Nhưng nó vẫn được sử dụng rộng rãi.

Cảm biến nhiệt độ lưỡng kim được phát minh vào cuối những năm 1800. Nó tận dụng sự mở rộng không đồng đều của hai tấm kim loại khi chúng được tham gia. Sự thay đổi nhiệt độ làm cho các tấm kim loại uốn cong, có thể được sử dụng để kích hoạt bộ điều chỉnh nhiệt hoặc mét tương tự như các máy điều nhiệt tương tự. Độ chính xác của cảm biến này không cao, có thể cộng hoặc trừ hai độ, Nhưng nó cũng được sử dụng rộng rãi vì giá thấp của nó.

3. Hiệu ứng nhiệt điện
Đầu những năm 1800, Điện là một lĩnh vực thú vị. Các nhà khoa học phát hiện ra rằng các kim loại khác nhau có khả năng điện trở và độ dẫn khác nhau. TRONG 1821, Thomas Johann Seebeck đã phát hiện ra hiệu ứng nhiệt điện, Đó là các kim loại khác nhau có thể được kết nối với nhau và đặt ở các nhiệt độ khác nhau để tạo ra điện áp. Davy đã chứng minh mối tương quan giữa điện trở suất và nhiệt độ kim loại. Becquerel đề xuất sử dụng cặp nhiệt bạch kim-bạch kim để đo nhiệt độ, và thiết bị thực tế được tạo ra bởi Leopold trong 1829. Bạch kim cũng có thể được sử dụng trong máy dò nhiệt độ điện trở, Được phát minh bởi Myers trong 1932. Đây là một trong những cảm biến chính xác nhất để đo nhiệt độ.

RTD Wirewound rất dễ vỡ và do đó không phù hợp với các ứng dụng công nghiệp. Những năm gần đây đã chứng kiến ​​sự phát triển của RTD phim mỏng, không chính xác như RTD WireWound, Nhưng mạnh mẽ hơn. Thế kỷ 20 cũng chứng kiến ​​sự phát minh của các thiết bị đo nhiệt độ bán dẫn. Các thiết bị đo nhiệt độ bán dẫn đáp ứng với sự thay đổi nhiệt độ và có độ chính xác cao, Nhưng cho đến gần đây, Họ thiếu tuyến tính.

4. Bức xạ nhiệt
Kim loại rất nóng và kim loại nóng chảy tạo ra nhiệt, phát ra nhiệt và ánh sáng nhìn thấy. Ở nhiệt độ thấp hơn, Chúng cũng tỏa năng lượng nhiệt, Nhưng với bước sóng dài hơn. Nhà thiên văn học Anh William Herschel đã phát hiện ra trong 1800 điều này “mờ” Ánh sáng hoặc ánh sáng hồng ngoại tạo ra nhiệt.

Làm việc với người đồng hương Meloni, Robelli đã phát hiện ra một cách để phát hiện năng lượng bức xạ này bằng cách kết nối các cặp nhiệt điện thành chuỗi để tạo ra một nhiệt điện. Điều này đã được theo sau trong 1878 bởi bolometer. Được phát minh bởi Samuel Langley người Mỹ, Điều này đã sử dụng hai dải bạch kim, một cái đen trong một sự sắp xếp cầu một cánh tay. Làm nóng bằng bức xạ hồng ngoại tạo ra một sự thay đổi có thể đo lường được trong điện trở. Bolomet rất nhạy cảm với một loạt các bước sóng hồng ngoại.

Ngược lại, Các thiết bị thuộc loại máy dò lượng tử bức xạ, đã được phát triển từ những năm 1940, chỉ trả lời ánh sáng hồng ngoại trong một dải giới hạn. Hôm nay, Máy đo giá rẻ được sử dụng rộng rãi, và sẽ trở nên hơn như giá của máy ảnh hình ảnh nhiệt.

5. Thang đo nhiệt độ
Khi Fahrenheit làm nhiệt kế, Anh ấy nhận ra rằng anh ấy cần một thang nhiệt độ. Anh ấy đã thiết lập 30 độ nước muối là điểm đóng băng trở lên 180 độ nước muối là điểm sôi. 25 nhiều năm sau, Anders Celsius đề xuất sử dụng thang đo 0-100, Và hôm nay “C.” cũng được đặt theo tên của anh ấy.

Sau đó, William Thomson đã phát hiện ra những lợi ích của việc thiết lập một điểm cố định ở một đầu của thang đo, Và sau đó Kelvin đề xuất để thiết lập 0 độ là điểm khởi đầu của hệ thống Celsius. Điều này hình thành thang nhiệt độ Kelvin được sử dụng trong khoa học ngày nay.

Iii. Phân loại cảm biến nhiệt độ
Có nhiều loại cảm biến nhiệt độ, Và họ có các tên khác nhau theo các tiêu chuẩn phân loại khác nhau.

1. Phân loại theo phương pháp đo lường
Theo phương pháp đo lường, Chúng có thể được chia thành hai loại: liên hệ và không tiếp xúc.

(1) Cảm biến nhiệt độ tiếp xúc:

Cảm biến tiếp xúc trực tiếp với đối tượng được đo để đo nhiệt độ. Vì sức nóng của vật thể được đo được chuyển sang cảm biến, Nhiệt độ của đối tượng được đo lường được giảm. Đặc biệt, Khi công suất nhiệt của đối tượng được đo là nhỏ, Độ chính xác đo thấp. Vì thế, Điều kiện tiên quyết để đo nhiệt độ thực của một vật theo cách này là khả năng nhiệt của vật thể được đo là đủ lớn.

(2) Cảm biến nhiệt độ không tiếp xúc:
Nó chủ yếu sử dụng bức xạ hồng ngoại phát ra từ bức xạ nhiệt của vật thể được đo để đo nhiệt độ của vật thể, và có thể được đo lường từ xa. Chi phí sản xuất của nó cao, Nhưng độ chính xác của phép đo thấp. Những lợi thế là nó không hấp thụ nhiệt từ vật thể được đo; nó không can thiệp vào trường nhiệt độ của vật thể được đo; Đo lường liên tục không tạo ra tiêu thụ; nó có phản hồi nhanh, vân vân.

2. Phân loại theo các hiện tượng vật lý khác nhau
Ngoài ra, Có cảm biến nhiệt độ vi sóng, Cảm biến nhiệt độ nhiễu, Nhiệt độ bản đồ cảm biến nhiệt độ, Máy đo lưu lượng nhiệt, Nhiệt kế phản lực, Nhiệt kế cộng hưởng từ hạt nhân, Nhiệt kế hiệu ứng Mossbauer, Nhiệt kế hiệu ứng Josephson, Nhiệt kế chuyển đổi siêu dẫn nhiệt độ thấp, Cảm biến nhiệt độ sợi quang, vân vân. Một số cảm biến nhiệt độ này đã được áp dụng, Và một số vẫn đang được phát triển.

Không thấm nước, cảm biến nhiệt độ RTD PT100 chống ăn mòn

Cảm biến nhiệt độ RTD PT100 với 1-2 NPT kết nối ren bên ngoài

Đầu dò RTD cảm biến nhiệt độ PT100 với 6 Độ dài đầu dò inch

100 OHM Lớp A nguyên tố Bạch kim (PT100)
Hệ số nhiệt độ, a = 0.00385.
304 Vỏ bọc thép không gỉ
Ngã ba chuyển tiếp chắc chắn với sự giảm căng thẳng
Độ dài thăm dò – 6 Inch (152 mm) hoặc 12 Inch (305mm)
Đường kính thăm dò 1/8 inch (3 mm)
Ba dây 72 Inch (1.8tôi) Dây dẫn chấm dứt trong các vấu thuổng
Xếp hạng nhiệt độ : 660° f (350°C)

Sê -ri PT100 là các đầu dò RTD với vỏ thép không gỉ và 100 ohm nguyên tố rtd ohm bạch kim. PT100-11 có sẵn với 6 hoặc 12 Độ dài đầu dò inch. Các đầu dò này có vỏ có đường kính 3 mm được xây dựng từ 304 Thép không gỉ, một khớp chuyển tiếp nặng kết nối đầu dò với dây dẫn và 72 inch dây chì chấm dứt trong các vấu thu nhỏ được mã hóa màu. Phần tử cảm biến loại A được sử dụng để cung cấp các phép đo độ chính xác cao.

Đầu dò PT100 rất phù hợp cho môi trường công nghiệp. RTD là các cảm biến dựa trên điện trở nên nhiễu điện có ảnh hưởng tối thiểu đến chất lượng tín hiệu. Thiết kế dây dẫn ba dây bù cho điện trở dây dẫn cho phép chạy dây dài hơn mà không có tác động đáng kể đến độ chính xác. Khớp chuyển tiếp chắc chắn với sự giảm căng thẳng dây lò xo làm cho kết nối âm thanh cao giữa dây và đầu dò.