Правильный выбор датчика температуры

Для того, чтобы сделать правильный выбор датчика температуры, требуется четко определиться, для каких именно измерений он будет предназначен, а также насколько достоверным будет полученный результат измерения. Как правило, в основном, то есть достаточно часто, для того, чтобы провести измерение температуры, используются такие типы датчиков, как нижеперечисленные: 

• цифровые полупроводниковые датчики; 
• термисторы; 
• термопреобразователи сопротивления; 
• термопары. 

Ниже будет подробнее рассказано про преимущества и недостатки температурных датчиков каждого типа.

Полупроводниковые датчики температуры

В последнее время цифровые полупроводниковые датчики температуры достаточно активно начали свое продвижение на современном промышленном рынке. Мировые лидеры в сфере микроэлектроники производят чувствительные элементы для этого типа датчиков. Эти чувствительные элементы представляют собой интегральную микросхему, которая содержит внутри себя сам чувствительный элемент, а также преобразователь, который необходим для предоставления сигнала в цифровом виде.

Основными достоинствами данного типа датчиков являются: 

• достаточно удобная схема подключения. При подключении не требуется прокладывать индивидуальную кабельную линию непосредственно к датчику, потому что датчики можно подключить на одну общую линию;
• наличие цифрового сигнала, благодаря чему появляется возможность отказаться от использования разнообразных преобразователей для построения измерительной цепи;
• выгода в экономическом плане. Данный тип датчиков обладает вполне невысокой ценой. 

К недостаткам же данного типа датчиков можно отнести:

• данные датчики обладают крайне слабой помехоустойчивостью. Датчики могут значительно искажать результаты измерения в том случае, если недалеко работают электродвигатели или проходит силовая линия;
• данные датчики имеют невысокую точность, а именно всего-навсего 0,5 °С;
• данные датчики имеют ограниченный рабочий интервал, а именно до 125°С. Поэтому их невозможно использовать в тех теплообменных установках, в которых температура теплоносителя может подниматься до 130-150 °С.

Принцип работы термисторов заключается в изменении сопротивления проводника в зависимости от температуры его нагрева. Чувствительные элементы, которые применяются в термисторах, выполнены на основе разнообразных оксидов металлов.

К достоинствам таких датчиков температуры, как термисторы, можно отнести:

• высокую чувствительность;
• компактный размер;
• достаточно невысокую цену.

К главным же недостаткам относятся:

• нелинейность характеристики;
• слабая помехоустойчивость;
• отсутствие взаимозаменяемости.

На последнем пункте требуется отдельно остановиться. Такой показатель, как взаимозаменяемость, особенно важен в тех ситуациях, когда датчики используют для температурных измерений готового продукта, компоста или грунта. То есть в работах, которая выполняется, как правило, низкоквалифицированным персоналом, где температурные датчики очень часто давят погрузчики или ломают по неосторожности. Грубо говоря, в реальных условиях работы эти датчики можно рассматривать как расходные материалы. В таких процессах применение датчиков температуры термисторного типа не рекомендуется, потому что любой производитель термисторов изготавливает термисторы с сугубо индивидуальной характеристикой, поэтому в ситуации поломки данного датчика потребуется обращаться именно к оригинальному производителю этого датчика.

Термопреобразователи сопротивления

Таким же принципам работы, как и у термисторов, обладает и следующий тип датчиков температуры - термопреобразователи сопротивления. Их принцип работы также основан на изменении сопротивления в соответствии с изменением температуры. Но термопреобразователи сопротивления отличаются от термисторов более высокой точностью, а именно до 0,1 °С. Также среди их достоинств можно назвать:

• стабильность показаний;
• близость характеристики к линейной зависимости;
• взаимозаменяемость.

Термопреобразователи сопротивления в зависимости от материала, из которого выполнен чувствительный элемент, можно разделить на две большие группы: платиновые термопреобразователи и медные. В России, впрочем как и на всем постсоветском пространстве, применяются следующие стандартные характеристики этих датчиков: 50П, 100П, Pt100, Pt500, Pt1000 - для платиновых термопреобразователей сопротивления и 50М, 100М - для медных. Такие чувствительные элементы, как Pt100 и Pt1000, изготавливаются методом напыления на керамическую подложку тонкого слоя платины. Технология напыления платины позволяет изготавливать платиновые чувствительные элементы самых малых размеров с самым минимальным расходом платины, содержание платины равняется примерно 0,001 г. При этом полностью сохраняются все свойства платины, такие как практически линейная температурная зависимость сопротивления, термостабильность и стойкость к высоким температурам. На современном рынке наиболее распространенными платиновыми термопреобразователями сопротивления являются датчики Pt100 и Pt1000. Чувствительные элементы 50М, 100М, 50П, 100П выполняются вручную путем намотки тонкой проволоки медной или платиновой соответственно.

Термопары

Термопары на сегодняшний день можно назвать самыми высокотемпературными датчиками контактного типа. Принцип работы термопар основывается на термоэлектрическом эффекте. Этот эффект в 1812 г. открыл физик - немец Томас Зеебек. Термо-ЭДС, или электродвижущая сила, возникает между концами двух разнородных проводников, если они соединены между собой и если места соединения поддерживают при разных температурах. Именно такие соединения и носят название "термопары". Разность температур между спаями и материал проводников влияют на величину термо-ЭДС, которая возникает между проводниками. В небольшом интервале температур термо-ЭДС является пропорциональной температурной разности.

Основной плюс термопар - это достаточно большой диапазон температур измерения, который варьируется от -200°С до 2500°С. Кроме этого следует отметить прочность и простоту конструкции, а также и низкую стоимость. К главным недостаткам термопар можно отнести:

•  точность измерения от 1 °С;
•  нелинейную зависимость от температуры на выходе термопары;
•  необходимость компенсировать температуру холодного спая. 

Последний недостаток в современных приборах устраняется посредством ввода автоматической поправки к измеренной термо-ЭДС.