مزايا وعيوب أجهزة استشعار درجة الحرارة المختلفة

في العديد من العمليات التكنولوجية ، تعتبر درجة الحرارة من أهم الكميات الفيزيائية. في الصناعة ، تستخدم مستشعرات درجة الحرارة للقياس. تقوم هذه المستشعرات بتحويل معلومات درجة الحرارة إلى إشارة كهربائية ، والتي تتم معالجتها وتفسيرها عن طريق الإلكترونيات والأتمتة. نتيجة لذلك ، يتم عرض قيمة درجة الحرارة ببساطة على الشاشة ، أو تعمل كأساس لتغيير وضع التشغيل تلقائيًا لقطعة أو أخرى من المعدات.

بطريقة أو بأخرى ، لا غنى عن مستشعرات درجة الحرارة اليوم ، خاصة في الصناعة. ومن المهم اختيار المستشعر المناسب لغرضك ، وفهم السمات المميزة لأنواع مختلفة من أجهزة استشعار درجة الحرارة بوضوح. سنتحدث عن ذلك لاحقًا.

أجهزة استشعار مختلفة لأغراض مختلفة

من الناحية التكنولوجية ، تنقسم أجهزة استشعار درجة الحرارة إلى مجموعتين كبيرتين: الاتصال وعدم الاتصال. تستخدم مستشعرات عدم الاتصال مبدأ القياس في عملها معلمات الأشعة تحت الحمراءقادمة من سطح بعيد.

من ناحية أخرى ، تختلف مستشعرات التلامس الموجودة في السوق على نطاق أوسع من حيث أن عنصر المستشعر الخاص بها في عملية قياس درجة الحرارة يكون على اتصال مباشر بالسطح أو الوسيط المراد قياس درجة حرارته. وبالتالي ، سيكون من الأنسب فحص مستشعرات التلامس بالتفصيل ، لمقارنة أنواعها وخصائصها ، لتقييم مزايا وعيوب أنواع مختلفة من أجهزة استشعار درجة الحرارة.

عند اختيار مستشعر درجة الحرارة ، فإن أول شيء يجب فعله هو تحديد كيف سيكون من الضروري قياس درجة الحرارة. سيكون مستشعر الأشعة تحت الحمراء قادرًا على قياس درجة الحرارة على مسافة من السطح ، لذلك من الأهمية بمكان أن يكون الغلاف الجوي بين المستشعر والسطح الذي سيتم توجيهه إليه شفافًا ونظيفًا قدر الإمكان ، وإلا فإن درجة الحرارة سيتم تشويه البيانات (انظر - قياس درجة حرارة عدم التلامس أثناء تشغيل المعدات).

سيسمح لك مستشعر التلامس بقياس درجة حرارة السطح مباشرة أو البيئة التي يتلامس معها ، وبالتالي فإن نظافة الغلاف الجوي المحيط ليست مهمة بشكل عام. هنا ، يعد الاتصال المباشر وعالي الجودة بين المستشعر ومواد الاختبار أمرًا بالغ الأهمية.

يمكن تصنيع مسبار التلامس باستخدام واحدة من عدة تقنيات: الثرمستور ، أو ترمومتر المقاومة ، أو المزدوج الحراري. كل تقنية لها مزاياها وعيوبها.

الثرمستور حساس للغاية ، وسعره في المنتصف بين المزدوجات الحرارية ومقاييس الحرارة المقاومة ، لكنه لا يختلف في الدقة والخطية.

تعتبر المزدوجة الحرارية أكثر تكلفة ، فهي تتفاعل بشكل أسرع مع التغيرات في درجات الحرارة ، وستكون القياسات خطية أكثر من الثرمستور ، لكن الدقة والحساسية ليست عالية.

مقياس حرارة المقاومة هو الأكثر دقة من بين الثلاثة ، فهو خطي ولكنه أقل حساسية ، على الرغم من أنه أرخص من المزدوج الحراري في السعر.

بالإضافة إلى ذلك ، عند اختيار جهاز استشعار ، يجب الانتباه إلى نطاق درجات الحرارة المقاسة ، بالنسبة للمزدوجات الحرارية ومقاييس الحرارة المقاومة ، يعتمد ذلك على مادة العنصر الحساس المستخدم. لذلك عليك أن تجد بعض الحلول الوسط.

الحرارية

مجسات درجة الحرارة الحرارية العمل بفضل تأثير سيبيكوف... يتم لحام سلكين من معادن مختلفة في أحد طرفيه - وهذا ما يسمى بالتقاطع الساخن لمزدوجة حرارية ، والتي تتعرض لدرجة الحرارة المقاسة. على الجانب الآخر من الأسلاك ، لا تتغير درجة حرارة نهاياتها ، يتم توصيل الفولتميتر الحساس في هذا المكان.

يعتمد الجهد المقاس بواسطة الفولتميتر على فرق درجة الحرارة بين الوصلة الساخنة والأسلاك المتصلة بجهاز الفولتميتر. تختلف المزدوجات الحرارية في المعادن التي تشكل تقاطعاتها الساخنة ، والتي تحدد نطاق درجات الحرارة المقاسة لمستشعر مزدوج حراري معين.

يوجد أدناه جدول لأنواع أجهزة الاستشعار المختلفة لهذا التنوع. يتم تحديد نوع المستشعر بناءً على نطاق درجة الحرارة المطلوبة وطبيعة البيئة.

أجهزة الاستشعار من النوع E مناسبة للاستخدام في البيئات المؤكسدة أو الخاملة. النوع J - للتشغيل في البيئات الفراغية أو الخاملة أو المختزلة. النوع K - مناسب للبيئات المؤكسدة أو المحايدة. النوع N - له عمر خدمة أطول مقارنة بالنوع K.

أجهزة الاستشعار من النوع T مقاومة للتآكل ، لذا يمكن استخدامها في البيئات المؤكسدة الرطبة ، والتخفيض ، والخاملة ، وكذلك في الفراغ. R (الصناعي) و S (المختبر) - أنواع - أجهزة استشعار لدرجة الحرارة العالية يجب حمايتها بواسطة عوازل سيراميك خاصة أو أنابيب غير معدنية. النوع B هو درجة حرارة أعلى من النوعين R و S.

تتمثل مزايا المستشعرات الحرارية في استقرار معاملات التشغيل الخاصة بها في درجات حرارة عالية والسرعة النسبية للاستجابة للتغيرات في درجة حرارة الوصلة الساخنة. يتم تقديم أجهزة الاستشعار من هذا النوع في مجموعة واسعة من الأقطار المتاحة. لديهم سعر منخفض.

بالنسبة للعيوب ، تتميز المزدوجات الحرارية بالدقة المنخفضة ، ولها جهد قياس منخفض للغاية ، وبالإضافة إلى ذلك ، تتطلب هذه المستشعرات دائمًا دوائر تعويض.

مقاييس حرارة المقاومة

ميزان الحرارة المقاومة أو يتم اختصار مستشعر درجة الحرارة المتغيرة باسم RTD. يعمل على مبدأ تغيير مقاومة المعدن حسب التغير في درجة حرارته. المعادن المستخدمة: البلاتين (من -200 درجة مئوية إلى +600 درجة مئوية) ، النيكل (من -60 درجة مئوية إلى +180 درجة مئوية) ، النحاس (من -190 درجة مئوية إلى +150 درجة مئوية) ، التنغستن (من -100 درجة مئوية) درجة مئوية إلى +1400 درجة مئوية) - اعتمادًا على نطاق درجة الحرارة المقاسة المطلوبة.

في كثير من الأحيان يستخدم البلاتين في موازين الحرارة المقاومة ، مما يوفر نطاقًا واسعًا لدرجة الحرارة ويسمح لك باختيار أجهزة استشعار ذات حساسيات مختلفة. لذلك ، يتمتع مستشعر Pt100 بمقاومة 100 أوم عند 0 درجة مئوية ، ومستشعر Pt1000 لديه 1 كيلو أوم في نفس درجة الحرارة ، أي أنه أكثر حساسية ويسمح لك بقياس درجة الحرارة بشكل أكثر دقة.

مقارنةً بالمزدوجة الحرارية ، فإن مقياس حرارة المقاومة يتمتع بدقة أعلى ، ومعلماته أكثر ثباتًا ، ونطاق درجات الحرارة المقاسة أوسع. ومع ذلك ، فإن الحساسية أقل ووقت الاستجابة أطول من المزدوجات الحرارية.

الثرمستورات

نوع آخر من مستشعرات درجة حرارة التلامس - الثرمستورات... يستخدمون أكاسيد المعادن التي يمكن أن تغير مقاومتها بشكل كبير حسب درجة الحرارة. الثرمستورات من نوعين: PTC - PTC و NTC - NTC.

في الحالة الأولى ، تزداد المقاومة مع زيادة درجة الحرارة في نطاق تشغيل معين ، وفي الثانية ، مع زيادة درجة الحرارة ، تقل المقاومة. تتميز الثرمستورات باستجابة أسرع للتغيرات في درجات الحرارة وبتكلفة منخفضة ، لكنها هشة تمامًا ولها نطاق درجة حرارة تشغيل ضيق من نفس موازين الحرارة المقاومة والمزدوجات الحرارية.

مجسات الأشعة تحت الحمراء

كما ذكر في بداية المقال ، تفسر مستشعرات الأشعة تحت الحمراء الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من سطح بعيد - هدف. ميزتها هي أن قياس درجة الحرارة يتم بطريقة غير ملامسة ، أي ليست هناك حاجة للضغط على المستشعر بإحكام على الجسم أو غمره في البيئة.

تتفاعل بسرعة كبيرة مع التغيرات في درجات الحرارة ، وهذا هو السبب في أنها قابلة للتطبيق لفحص الأسطح حتى للأجسام المتحركة ، على سبيل المثال على الناقل. فقط بمساعدة مستشعرات الأشعة تحت الحمراء ، يمكن قياس درجة حرارة العينات الموجودة ، على سبيل المثال ، مباشرة في الفرن أو في أي منطقة عدوانية.

تشمل عيوب مستشعرات الأشعة تحت الحمراء حساسيتها لحالة السطح الباعث للحرارة ، فضلاً عن نظافة بصرياتها والغلاف الجوي في المسار بين المستشعر والهدف. يتداخل الغبار والدخان بشكل كبير مع القياسات الدقيقة.