Классификация датчиков температуры

Датчики температуры используются в автомобилях, бытовой электронике, бытовой технике и других изделиях. По характеристикам термочувствительных элементов они подразделяются на термисторы, Термопараи резистивные датчики температуры, как показано на рисунке 1. Диапазон их измерения температур, точность измерения и стоимость различаются.

Во-первых, краткая сравнительная таблица термисторов, термопар и резистивных датчиков температуры.

Благодаря приведенному выше сравнению каждый может легко понять различия между несколькими решениями по измерению температуры, и эти различия также определяют различные сценарии применения. Термопары и резистивные датчики температуры (RTD) имеют широкий диапазон измерения температуры и сложны в использовании, поэтому их применение, в основном, ограничено промышленными применениями. Термисторы с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) широко используются благодаря своей низкой стоимости и относительной простоте использования. Например, температура воды, температура масла, температура на впуске двигателя, температура цилиндра и т. д. Температура выхлопных газовв автомобилях все среды применения NTC.

Термистор

Термистор – это чувствительный элемент, сопротивление которого изменяется в зависимости от температуры. В зависимости от температурного коэффициента термисторы делятся на термисторы с положительным температурным коэффициентом (PTC) и термисторы с отрицательным температурным коэффициентом (NTC). Сопротивление PTC-термистора увеличивается с повышением температуры, а сопротивление NTC-термистора уменьшается. Оба термистора являются полупроводниковыми приборами. Большинство термисторов имеют отрицательный температурный коэффициент, а некоторые – положительный. Термисторы обычно изготавливаются из керамических материалов, таких как оксиды никеля, марганца или кобальта, покрытых стеклом, что делает их очень уязвимыми для повреждений. По сравнению с термисторами мгновенного действия их основными преимуществами являются скорость реагирования на любые изменения температуры, точность и повторяемость, как показано на рисунке 2.

Основные характеристики:

①Высокая чувствительность, его температурный коэффициент сопротивления в 10–100 раз больше, чем у металла, и он может обнаруживать изменения температуры на 10-6 ℃;

②Широкий диапазон рабочих температур: устройства с нормальной температурой подходят для температур от -55 ℃ до 315 ℃, устройства с высокой температурой подходят для температур выше 315 ℃ (в настоящее время до 2000 ℃), а устройства с низкой температурой подходят для температур от -273 ℃ до -55 ℃;

③ Небольшие размеры, позволяющие измерять температуру щелей, полостей и кровеносных сосудов в организмах, которую не могут измерить другие термометры;

④ Простота использования, значение сопротивления можно произвольно выбирать в диапазоне от 0,1 до 100 кОм;

⑤ Легко поддается обработке в сложные формы и может производиться серийно;

⑥ Хорошая устойчивость и высокая перегрузочная способность.

Рисунок 3 Это PTC-термисторный преобразователь Взаимозаменяем и обладает быстрым откликом. Микросхема KTY84 обладает линейностью и долговременной стабильностью и может использоваться в системах впрыска дизельного топлива, измерения температуры масла, системах охлаждения двигателей и т. д.

Термопара

Термопара — широко используемый элемент измерения температуры в температурных приборах. Она непосредственно измеряет температуру и преобразует температурные сигналы в сигналы термоэлектрического потенциала, которые затем преобразуются в температуру измеряемой среды с помощью электрических приборов (вторичных приборов). Термопары обладают широким диапазоном рабочих температур, надежностью, точностью, простотой и чувствительностью. Это обусловлено, главным образом, их малыми размерами. Термопары также имеют самый широкий температурный диапазон среди всех датчиков температуры: от -200 ℃ до значительно более 2000 ℃.

Внешний вид различных термопар часто сильно различается в зависимости от потребностей, но их базовая конструкция примерно одинакова. Они обычно состоят из основных частей, таких как нагреваемые электроды, изоляционные защитные трубки и распределительные коробки. Они обычно используются совместно с индикаторными приборами, регистрирующими устройствами и электронными регуляторами.

Красный и синий сегменты на рисунке 4 соответствуют двум разным материалам. Проводник или полупроводник, из которого состоит термопара, называется горячим электродом. Сваренный конец вставляется в место измерения температуры и становится рабочим, а другой конец называется холодным и служит опорным. Если температуры на двух концах различаются, эта разность температур приведёт к возникновению термоэлектрического потенциала на двух других концах проводника или полупроводника, который можно преобразовать в соответствующую температуру с помощью измерения напряжения.

Основные характеристики:

1. Простая сборка и легкая замена;
2. Температурный чувствительный элемент пружинного типа с хорошей ударопрочностью;
3. Высокая точность измерений;
4. Большой диапазон измерений (-200℃～1300℃, -270℃～2800℃ при особых обстоятельствах);
5. Быстрое время теплового отклика;
6. Высокая механическая прочность и хорошая устойчивость к давлению;
7. Высокая термостойкость до 2800 градусов;
8. Длительный срок службы.

Приложение:

Термопары могут работать в диапазонах экстремально высоких и низких температур: от -200 до 2300 °C. Поэтому Термопары нашли широкое применение в измерениях в широком диапазоне температур, например, в металлургии, машиностроении, химической промышленности и других отраслях промышленности, а также при термообработке, производстве стекла и т. д.

Рисунок 5 Это Датчик термопары N-типа Обладает такими преимуществами, как хорошая линейность, высокий термоэлектрический потенциал, высокая чувствительность, хорошая стабильность и однородность, высокая антиокислительная стойкость, низкая цена и устойчивость к ближнему порядку. Может использоваться в системах очистки выхлопных газов дизельных двигателей.

Резистивный датчик температуры (RTD)

Терморезисторы (RTD) – это точные датчики температуры, изготовленные из высокочистого проводящего металла, такого как платина, медь или никель, скрученного в спираль. Изменение сопротивления RTD аналогично изменению сопротивления термистора. Также доступны тонкоплёночные RTD. Эти устройства имеют тонкий слой платиновой пасты, нанесённой на белую керамическую подложку. RTD действует подобно термоэлектрическому преобразователю, преобразуя изменения температуры в изменения напряжения. Зависимость сопротивления от температуры для платины, меди или никеля показана на рисунке 6. Они имеют большой температурный коэффициент, быстро реагируют на изменения температуры, устойчивы к термической усталости и легко изготавливаются в прецизионные катушки.

Резистивные датчики температуры имеют положительный температурный коэффициент (ПТК), но в отличие от термисторов их выходной сигнал очень линейный, что позволяет получать очень точные измерения температуры. Термометры сопротивления (RTD) — самые точные и стабильные датчики температуры. Они обладают лучшей линейностью, чем термопары и термисторы. Однако RTD также являются датчиками температуры с более медленным откликом и более дорогими. Поэтому RTD лучше всего подходят для применений, где точность критически важна, а скорость и цена не имеют решающего значения.

Рисунок 7 Это Датчик температуры охлаждающей жидкости (RTD) Pt200 Обладает стандартизированной линейной характеристикой, высокой стабильностью и надёжностью, а также малым временем отклика в переходных режимах. Его можно использовать для управления и мониторинга систем сажевых фильтров (DPF/GPF), систем селективной каталитической нейтрализации (SCR) тяжёлых дизельных двигателей, а также для защиты термочувствительных компонентов турбокомпрессоров.

Если вы хотите узнать больше о сенсорной продукции и информации, пожалуйста, связаться с нами немедленно и мы обеспечим Вам теплое обслуживание!