Производство средств автоматики

Как выбрать датчики температуры

Чтобы правильно выбрать датчики температуры, необходимо понимать, для каких  измерений они предназначены, и насколько достоверен будет результат измерения.

Наиболее часто для измерения температуры применяют следующие типы датчиков: термисторы, цифровые полупроводниковые датчики, термопары и термопреобразователи сопротивления. Далее подробнее остановимся на их преимуществах и недостатках.

Термисторы используют принцип изменения сопротивления проводника от температуры. Чувствительные элементы для термисторов выполняются на основе различных оксидов металлов.

Преимуществами термисторов являются высокая чувствительность, малый размер и невысокая цена. Основные недостатки - нелинейность характеристики, слабая помехоустойчивость, отсутствие взаимозаменяемости. На последнем хотелось бы остановиться отдельно. Такая характеристика, как взаимозаменяемость, особо важна в тех случаях, когда датчики применяют для измерений температуры грунта, компоста или готового продукта, где используется, как правило, низкоквалифицированный персонал, где датчики часто давят погрузчиками или ломают по неосторожности. По сути, в реальных рабочих условиях эти датчики становятся расходным материалом. В этих процессах использование термисторных датчиков температуры не рекомендуется. Дело в том, что каждый производитель термисторов выпускает их с сугубо индивидуальной характеристикой, и в случае поломки такого датчика придется обращаться именно к оригинальному производителю. Представьте, если такой производитель находится в Китае, во сколько обойдется нашему украинскому хозяйству импорт единичной партии таких датчиков?

Цифровые полупроводниковые датчики температуры в последнее время активно продвигаются на агропромышленном рынке. Чувствительные элементы для них производят мировые лидеры в области микроэлектроники. Чувствительный элемент представляет собой интегральную микросхему, содержащую в себе чувствительный элемент и преобразователь в цифровой сигнал.

Основные преимущества этих датчиков: удобная схема подключения (не требует прокладки индивидуальной кабельной линии непосредственно к датчику, датчики подключаются на одну общую линию), цифровой сигнал, позволяющий избежать применения различных преобразователей для построения измерительной цепи, и невысокая цена. Недостатками этих датчиков является крайне слабая помехоустойчивость (датчики могут серьезно врать, если рядом проходит силовая линия или работают электродвигатели) и невысокая точность (всего лишь 0,5 °С). Ограниченный рабочий диапазон этих датчиков - до 125°С - не позволяет применять их в различных теплообменных установках, где температура теплоносителя может достигать 130-150 °С.

Ведущим производителем полупроводниковых цифровых  чувствительных элементов является фирма Dallas Semiconductor. Элементы этой фирмы используются в полупроводниковых цифровых датчиках производства ЧАО "ТЭРА".

Термисторы являются самыми высокотемпературными контактными датчиками. Принцип действия термопар основан на термоэлектрическом эффекте, открытым немецким физиком Томасом Зеебеком в 1821 г. Если соединить два разнородных проводника и поддерживать места соединения при разных температурах,  то между концами возникнет электродвижущая сила (термо-ЭДС).  Такие соединения называются термопарами.  Величина возникающей термоэдс зависит от материала проводников и разности температур между спаями. В небольшом диапазоне температур термоэдс пропорциональна разности температур.

Главным достоинством термопар является большой температурный диапазон измерения от -200°С до 2500°С, а также простота и прочность конструкции, и невысокая цена. Основные недостатки термопар - точность измерения от 1 °С, необходимоть компенсации температуры холодного спая (в современных приборах вводится автоматическая поправка к измеренной ЭДС), нелинейная зависимость напряжения на выходе термопары от температуры.  

Принцип действия термопреобразователей сопротивления (ТС) такой же, как и у термисторов, - изменение сопротивления в зависимости от температуры. ТС отличаются высокой точностью (до 0,1 °С), стабильностью показаний, близостью характеристики к линейной зависимости и взаимозаменяемостью.

В зависимости от материала чувствительного элемента различаются термопреобразователи сопротивления медные (ТСМ) и платиновые (ТСП). В Украине, как и на всем постсоветском пространстве, приняты следующие стандарты характеристик этих датчиков: 50М, 100М - для ТСМ, и 50П, 100П, Pt100, Pt500, Pt1000 - для ТСП. Чувствительные элементы для 50М, 100М, 50П, 100П изготавливаются вручную путем намотки тонкой медной или платиновой проволоки, элементы Pt100 и Pt1000 выполняются методом напыления тонкого слоя платины на керамическую подложку. Технология напыления позволяет производить платиновые чувствительные элементы крайне малых габаритов с минимальным расходом платины (содержание платины 0,001 г). При этом платина полностью сохраняет свои свойства, такие как стойкость к высоким температурам, термостабильность, практически линейная температурная зависимость сопротивления. В настоящее время ТСП Pt100 и Pt1000 - самые распространенные датчики температуры.

В Украине ЧАО “ТЭРА” является одним из лидеров по производству как ТС, так и любых других типов датчиков температуры.