Як вибрати датчики температури
Щоб правильно вибрати датчики температури, необхідно розуміти, для яких вимірювань вони призначені, та наскільки достовірним буде результат вимірювання.
Найбільш часто для вимірювання температури застосовуються наступні типи датчиків: термістори, цифрові напівпровідникові датчики, термопари та термоперетворювачі опору. Далі детальніше зупинимося на їх перевагах та недоліках.
Термістори використовуються принцип зміни опору провідника від температури. Чутливі елементи для термісторів виконуються на основі різноманітних оксидів металів.
Переваги термісторів є висока чутливість, малий розмір та невисока ціна. Основні недоліки - нелінійність характеристики, слабка перешкодостійкість, відсутність взаємозамінності. На останньому хочеться зупинитися окремо. Така характеристика, як взаємозамінність, особливо важлива в тих випадках, коли датчики застосовуються для вимірювання температури грунту, компосту або готового продукту, де використовується, як правило, низькокваліфікований персонал, де датчики часто чавлять навантажувачами або ломають з необорожності. По суті, в реальних робочих умовах ці датчики стають витратним матеріалом. В таких процесах використовувати термісторні датчики температури небажано. Справа в тому, що кожний виробник термісторів випускає їх суто з індивуальною характеристикою, і у випадку поломки такого датчика доведеться звернутися саме до оригінального виробника. Уявіть, якщо такий виробник знаходиться в Китаї. Скільки коштуватиме нашому українському господарству імпорт одиничної партії таких датчиків?
Цифрові напівпровідникові датчики температури в останній час активно просуваються на агропромисловому ринку. Чутливі елементи для них виробляють світові лідери в області мікроелектроніки. Чутливий елемент є інтегральна мікросхема, що містить в собі чутливий елемент та перетворювач у цифровий сигнал.
Основні переваги таких датчиків: зручна схема підключення (не потрібно прокладати окрему кабельну лінію безпосередньо до кожного датчика, датчики підключаються до однієї загальної лінії), цифровий сигнал, що дозволяє уникнути застосування різноманітних перетворювачів для будування вимірювального ланцюга, та невисока ціна. Недоліки таких датчиків є вкрай слабка перешкодостійкість (датчики можуть серйозно брехати, якщо поруч знаходиться силова лінія або працює електродвигун) та невисока точність (всього лише 0,5°С). Обмежений робочий діапазон цих датчиків - до 125°С - не дозволяє застосовувати їх в різних теплообмінних установках, де температура теплоносія може досягати 130-150°С.
Провідним виробником напівпровідникових цифрових чутливих елементів є фірма Dallas Semiconductor. Елементи цієї фірми використовуються в напівпровідникових цифрових датчиках виробництво ПрАТ "ТЕРА".
Перетворювачі термоелектричні є найбільш високотемпературними контактними датчиками. Принцип дії термопар базується на термоелектричному ефекті, що був відкритий німецьким фізиком Томасом Зеебеком у 1821 році. Якщо з'єднати два різнорідних провідника та підтримувати місце з'єднання при різних температурах, то між кінцями виникне електрорухова сила (термо-ЕРС). Такі з'єднання називаються термопарами. Величина виникаючої термоерс залежить від матеріалу провідників та різниці температур між спаями. В невеликому діапазоні температур термоерс пропорційна різниці температур.
Головною перевагою термопар є великий температурний діапазон вимірювання від -200°С до 2500°С, а також простота та міцність конструкції, та невисока ціна. Основні недоліки термопар - точність вимірювання від 1°С, необхідність компенсації температури холодного спаю (в сучасних приладах вводиться автоматична поправка до вимірюваної ЕРС), нелінійна залежність напруги на виході термопари від температури.
Принцип дії термоперетворювачів опору (ТС) такий же, як і у термісторів, - зміна опору в залежності від температури. ТС відрізняється високою точністю (до 0.1°С), стабільністю показань, близкістю характеристики до лінійної залежності та взаємозамінюваністю.
В залежності від матеріалу чутливого елементу відрізняються термоперетворювачі опору мідні (ТСМ) та платинові (ТСП). В Україні, як і на всьому пострадянському просторі, прийняті наступні стандарти характеристик цих датчиків: 50М, 100М - для ТСМ, і 50П, 100П, Pt100, Pt500, Pt1000 - для ТСП. Чутливі елементи для 50М, 100М, 50П, 100П виготовляються вручну шляхом намотування тонкого мідного або платінового дроту, елементи Pt100 та Pt1000 виконуються методом напилення тонкого шару платини на керамічну підкладку. Технологія напилення дозволяє виробляти платинові чутливі елементи вкрай малими за габаритами з мінімальною витратою платини (вміст платини 0.001 г). При цьому платина повністю зберігає свої властивості, такі як стійкість до високих температур, термостабільність, практично лінійна температурна залежність опору. В даний час ТСП Pt100 та Pt1000 - найрозповсюдженіші датчики температури.
В Україні ПрАТ "ТЕРА" є одним з лідерів за виробництвом як ТС, так і будь-яких інших типів датчиків температури.