Prednosti in slabosti različnih temperaturnih senzorjev

V mnogih tehnoloških procesih je ena najpomembnejših fizikalnih veličin temperatura. V industriji se za merjenje uporabljajo temperaturni senzorji. Ti senzorji pretvorijo informacijo o temperaturi v električni signal, ki ga nato elektronika in avtomatizacija obdelata in interpretirata. Posledično se vrednost temperature preprosto prikaže na zaslonu ali pa služi kot osnova za samodejno spreminjanje načina delovanja ene ali druge opreme.

Tako ali drugače so temperaturni senzorji danes nepogrešljivi, predvsem v industriji. In pomembno je, da izberete pravi senzor za svoj namen, pri čemer jasno razumete značilnosti različnih tipov temperaturnih senzorjev. O tem bomo govorili kasneje.

Različni senzorji za različne namene

Tehnološko so temperaturni senzorji razdeljeni v dve veliki skupini: kontaktni in brezkontaktni. Brezkontaktni senzorji pri svojem delu uporabljajo princip merjenja infrardeči parametriprihaja z oddaljene površine.

Kontaktni senzorji pa se širše na trgu razlikujejo po tem, da je njihov senzorski element v procesu merjenja temperature v neposrednem stiku s površino oziroma medijem, katerega temperaturo merimo. Zato bo najbolj smotrno kontaktne senzorje podrobno preučiti, primerjati njihove vrste, lastnosti, oceniti prednosti in slabosti različnih tipov temperaturnih senzorjev.

Pri izbiri temperaturnega senzorja je treba najprej ugotoviti, kako bo potrebno meriti temperaturo. Infrardeči senzor bo lahko meril temperaturo na oddaljenosti od površja, zato je temeljnega pomena, da je med senzorjem in površjem, na katerega bo usmerjen, čim bolj pregledno in čisto ozračje, sicer temperatura podatki bodo popačeni ( poglej - Brezkontaktno merjenje temperature med delovanjem opreme).

Kontaktni senzor vam omogoča neposredno merjenje temperature površine ali okolja, s katerim je v stiku, zato čistoča okoliškega ozračja na splošno ni pomembna. Pri tem je neposreden in kakovosten stik med senzorjem in testnim materialom ključnega pomena.

Kontaktno sondo je mogoče izdelati z uporabo ene od več tehnologij: termistorja, uporovnega termometra ali termočlena. Vsaka tehnologija ima svoje prednosti in slabosti.

Termistor je zelo občutljiv, njegova cena je v sredini med termočleni in uporovnimi termometri, vendar se ne razlikuje po natančnosti in linearnosti.

Termočlen je dražji, hitreje se odziva na temperaturne spremembe, meritve bodo bolj linearne kot pri termistorju, vendar natančnost in občutljivost nista visoki.

Uporovni termometer je najnatančnejši od treh, je linearen, vendar manj občutljiv, čeprav je cenejši od termočlena po ceni.

Poleg tega je treba pri izbiri senzorja paziti na obseg izmerjenih temperatur, pri termočlenih in uporovnih termometrih je ta odvisen od materiala uporabljenega občutljivega elementa. Zato je treba najti nek kompromis.

Termočlen

Temperaturni senzorji termočlen delo zahvaljujoč Seebekov učinek… Na enem koncu sta spajkani žici iz različnih kovin — to je tako imenovani vroč spoj termočlena, ki je izpostavljen izmerjeni temperaturi. Na nasprotni strani žic se temperatura njihovih koncev ne spremeni, na tem mestu je priključen občutljiv voltmeter.

Napetost, izmerjena z voltmetrom, je odvisna od temperaturne razlike med vročim spojem in žicami, priključenimi na voltmeter. Termočleni se razlikujejo po kovinah, ki tvorijo njihove vroče spoje, kar določa razpon izmerjenih temperatur za določen senzor termočlena.

Spodaj je tabela različnih tipov senzorjev te sorte. Vrsta tipala je izbrana glede na zahtevano temperaturno območje in naravo okolja.

Senzorji tipa E so primerni za uporabo v oksidativnih ali inertnih okoljih. Tip J — za delovanje v vakuumu, inertnem ali redukcijskem okolju. Tip K — primeren za oksidacijska ali nevtralna okolja. Tip N — ima daljšo življenjsko dobo v primerjavi s tipom K.

Senzorji tipa T so odporni proti koroziji, zato jih je mogoče uporabljati v vlažnih oksidacijskih, redukcijskih, inertnih okoljih, pa tudi v vakuumu. R (industrijski) in S (laboratorijski) — tipi — so visokotemperaturni senzorji, ki morajo biti zaščiteni s posebnimi keramičnimi izolatorji ali nekovinskimi cevmi. Tip B ima celo višjo temperaturo kot tipa R in S.

Prednosti termočlenskih senzorjev so stabilnost njihovih delovnih parametrov pri visokih temperaturah in relativna hitrost odziva na spremembe temperature vročega spoja. Senzorji te vrste so predstavljeni v širokem razponu razpoložljivih premerov. Imajo nizko ceno.

Kar zadeva slabosti, je za termočlene značilna nizka natančnost, imajo izjemno nizko izmerjeno napetost, poleg tega pa ti senzorji vedno zahtevajo kompenzacijske tokokroge.

Uporovni termometri

Uporovni termometer ali reostatsko temperaturno tipalo je skrajšano kot RTD. Deluje na principu spreminjanja upora kovine glede na spremembo njene temperature. Uporabljene kovine: platina (od -200 °C do +600 °C), nikelj (od -60 °C do +180 °C), baker (od -190 °C do +150 °C), volfram (od -100 °C do +1400 °C) — odvisno od zahtevanega območja izmerjenih temperatur.

Pogosteje kot druge kovine se platina uporablja v uporovnih termometrih, kar daje precej širok temperaturni razpon in vam omogoča izbiro senzorjev z različnimi občutljivostmi. Torej ima senzor Pt100 upornost 100 Ohm pri 0 °C, senzor Pt1000 pa ima pri isti temperaturi 1kOhm, kar pomeni, da je bolj občutljiv in vam omogoča natančnejše merjenje temperature.

V primerjavi s termočlenom ima uporovni termometer večjo natančnost, njegovi parametri so stabilnejši, obseg izmerjenih temperatur pa širši. Vendar pa je občutljivost manjša in odzivni čas daljši kot pri termočlenih.

Termistorji

Druga vrsta kontaktnih temperaturnih senzorjev — termistorji… Uporabljajo kovinske okside, ki lahko bistveno spremenijo svojo odpornost glede na temperaturo. Termistorji so dveh vrst: PTC — PTC in NTC — NTC.

Pri prvem se upor povečuje z naraščanjem temperature v določenem območju delovanja, pri drugem pa se z naraščanjem temperature upor zmanjšuje. Za termistorje je značilna hitrejša odzivnost na temperaturne spremembe in nizka cena, vendar so precej krhki in imajo ozko delovno temperaturno območje kot enaki uporovni termometri in termoelementi.

Infrardeči senzorji

Kot smo že omenili na začetku članka, infrardeči senzorji razlagajo infrardeče sevanje, ki ga oddaja oddaljena površina – tarča. Njihova prednost je v tem, da meritev temperature poteka brezkontaktno, torej senzorja ni treba tesno pritisniti ob predmet ali ga potopiti v okolje.

Zelo hitro se odzivajo na temperaturne spremembe, zato so uporabni za pregledovanje površin tudi premikajočih se predmetov, na primer na tekočem traku.Samo s pomočjo infrardečih senzorjev je mogoče izmeriti temperaturo vzorcev, ki se nahajajo npr. neposredno v pečici ali v kateri koli agresivni coni.

Slabosti infrardečih senzorjev vključujejo njihovo občutljivost na stanje površine, ki oddaja toploto, pa tudi na čistočo lastne optike in atmosfere na poti med senzorjem in tarčo. Prah in dim močno ovirata natančne meritve.