أجهزة استشعار درجة الحرارة. الجزء الثاني الثرمستورات

الجزء الأول من المقال تحدث لفترة وجيزة عن تاريخ مختلف درجات الحرارة والمخترعين فهرنهايت ، ريومور ، مئوية وكلفن. الآن يستحق الأمر التعرف على مستشعرات درجة الحرارة ، ومبادئ تشغيلها ، وأجهزة استلام البيانات من هذه المستشعرات.

نسبة قياس درجة الحرارة في القياسات التكنولوجية

في الإنتاج الصناعي الحديث ، يتم قياس العديد من الكميات الفيزيائية المختلفة. من هذه ، يبلغ معدل تدفق الكتلة والحجم 15 ٪ ، ومستوى السوائل 5 ٪ ، والوقت لا يزيد عن 4 ٪ ، والضغط حوالي 10 ٪ ، وهلم جرا. ولكن قياس درجة الحرارة ما يقرب من 50 ٪ من إجمالي عدد القياسات الفنية.

يتم تحقيق هذه النسبة العالية من خلال عدد نقاط القياس. لذلك في محطة طاقة نووية متوسطة الحجم ، يمكن قياس درجة الحرارة عند حوالي 1500 نقطة ، ويصل هذا العدد في مصنع كيميائي كبير إلى عشرين أو أكثر.

مثل هذه الكمية لا تشير فقط إلى مجموعة واسعة من أدوات القياس ، ونتيجة لذلك ، العديد من محولات الطاقة الأولية وأجهزة استشعار درجة الحرارة ، ولكن أيضًا تزداد باستمرار الطلب على الدقة والسرعة وحصانة الضوضاء وموثوقية أدوات قياس درجة الحرارة.

الأنواع الرئيسية من أجهزة استشعار درجة الحرارة ، ومبدأ العملية

تستخدم جميع مستشعرات درجة الحرارة تقريبًا المستخدمة في الإنتاج الحديث مبدأ تحويل درجة الحرارة المقاسة إلى إشارات كهربائية. يعتمد هذا التحويل على حقيقة أنه من الممكن إرسال إشارة كهربائية بسرعة عالية على مسافات طويلة ، بينما يمكن تحويل أي كميات مادية إلى إشارات كهربائية. بعد تحويلها إلى رمز رقمي ، يمكن إرسال هذه الإشارات بدقة عالية ، وكذلك إدخالها للمعالجة في جهاز كمبيوتر.

المقاومة الحرارية

وتسمى أيضا الثرمستورات. ويستند مبدأ عملها على حقيقة أن جميع الموصلات وأشباه الموصلات لديها معامل مقاومة الحرارة مختصر TCS. هذا هو نفس معامل التمدد الحراري المعروف للجميع: عند التسخين ، تتسع الأجسام.

تجدر الإشارة إلى أن جميع المعادن لديها TCS إيجابية. بمعنى آخر ، تزداد المقاومة الكهربائية للموصل مع زيادة درجة الحرارة. هنا يمكننا أن نتذكر حقيقة أن المصابيح المتوهجة تحترق غالبًا في لحظة التبديل ، بينما يكون الملف باردًا ومقاومته صغيرة. وبالتالي زيادة الحالية عند تشغيله. تحتوي أشباه الموصلات على TCS سالبة ، مع زيادة درجة الحرارة ، وتقل مقاومتها ، ولكن سيتم مناقشة ذلك أعلى قليلاً.

الثرمستورات المعدنية

يبدو أنه من الممكن استخدام أي موصل كمواد للثرمستورات ، ومع ذلك ، هناك عدد من المتطلبات لثرمستورات يقول أن هذا ليس كذلك.

بادئ ذي بدء ، يجب أن يكون للمواد لتصنيع أجهزة استشعار درجة الحرارة TCS كبيرة بما فيه الكفاية ، ويجب أن يكون اعتماد المقاومة على درجة الحرارة خطيًا إلى حد ما في نطاق درجات حرارة واسعة. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يكون الموصل المعدني خاملًا للتأثيرات البيئية وضمان استنساخ جيد للخصائص ، مما سيسمح باستبدال المستشعرات دون اللجوء إلى ضبط مختلف لجهاز القياس ككل.

لجميع هذه الخصائص ، يعتبر البلاتين مثاليًا تقريبًا (باستثناء السعر المرتفع) ، بالإضافة إلى النحاس. تسمى هذه الثرمستورات في الأوصاف النحاس (TCM-Cu) والبلاتين (TSP-Pt).

الثرمستورات TSP يمكن استخدامها في نطاق درجة الحرارة -260 - 1100 درجة مئويةإذا كانت درجة الحرارة المقاسة في النطاق من 0 إلى 650 درجة مئوية ، فيمكن استخدام مجسات TSP كمرجع ومرجع ، نظرًا لأن عدم استقرار خاصية المعايرة في هذا النطاق لا يتجاوز 0.001 درجة مئوية. عيوب الثرمستورات TSP هي التكلفة العالية وغير الخطية لوظيفة التحويل في نطاق درجات حرارة واسعة. لذلك ، لا يمكن قياس درجة الحرارة بشكل دقيق إلا في النطاق الموضح في البيانات الفنية.

لقد اكتسبت ثيرمستورات النحاس أرخص من العلامة التجارية TSM ، اعتماد المقاومة على درجة الحرارة الخطية للغاية ، ممارسة أكثر انتشارا. نظرًا لنقص مقاومات النحاس ، يمكن اعتبار المقاومة المنخفضة وعدم المقاومة الكافية لدرجات الحرارة المرتفعة (الأكسدة السهلة). لذلك ، الثرمستورات النحاس لها حد قياس لا يزيد عن 180 درجة مئوية.

يتم استخدام خط سلكين لتوصيل أجهزة استشعار مثل TCM و TSP ، إذا كانت مسافة المستشعر من الجهاز لا تتجاوز 200 متر. إذا كانت هذه المسافة أكبر ، فسيتم استخدام خط اتصال بثلاثة أسلاك ، حيث يتم استخدام السلك الثالث للتعويض عن مقاومة أسلاك الرصاص. يتم عرض طرق الاتصال هذه بالتفصيل في الأوصاف التقنية للأجهزة المزودة بأجهزة استشعار TCM أو TSP.

عيوب أجهزة الاستشعار التي يتم النظر فيها هي سرعتها المنخفضة: يتراوح الجمود الحراري (ثابت الوقت) لهذه المستشعرات من عشرات الثواني إلى عدة دقائق. صحيح ، يتم تصنيع ثرموستات منخفضة الجمود أيضًا ، حيث لا يزيد ثابت الوقت عن أعشار الثانية ، ويتم تحقيق ذلك بسبب أبعادها الصغيرة. تصنع هذه الثرمستورات من microwire مصبوب في وعاء زجاجي. أنها مستقرة للغاية ، مختومة ، وانخفاض الجمود. بالإضافة إلى ذلك ، بأبعاد صغيرة ، لديهم مقاومة تصل إلى عدة عشرات من الكيلومترات.

الثرمستورات أشباه الموصلات

وغالبا ما تسمى أيضا الثرمستورات. بالمقارنة مع النحاس والبلاتين ، لديهم حساسية أعلى و TCS سلبية. هذا يشير إلى أنه مع زيادة درجة الحرارة ، تنخفض مقاومتهم. الثرمستورات TCS هي ترتيب أعلى من نظرائها من النحاس والبلاتين. بأبعاد صغيرة جدًا ، يمكن أن تصل مقاومة الترموستات إلى 1 متر مكعب ، مما يلغي التأثير على نتيجة القياس لمقاومة أسلاك التوصيل.

لقياس درجة الحرارة ، الأكثر استخدامًا هي ثرموستورات أشباه الموصلات KMT (القائمة على أكاسيد المنجنيز والكوبالت) ، وكذلك MMT (أكاسيد المنجنيز والنحاس). وظيفة التحويل من الثرمستورات هي خطية تمامًا في نطاق درجة حرارة -100 - 200 درجة مئوية ، وموثوقية ثيرموستورات أشباه الموصلات عالية جداً ، والخصائص مستقرة لفترة طويلة.

العيب الوحيد هو أنه في الإنتاج الضخم لا يمكن إعادة إنتاج الخصائص الضرورية بدقة كافية. تختلف إحدى الحالات اختلافًا كبيرًا عن الأخرى ، بنفس الطريقة تمامًا مثل الترانزستورات: يبدو أنها من نفس الحزمة ، ولكن المكسب مختلف للجميع ، فلن تجد اثنين من نفسهما. يؤدي هذا الانتثار من المعلمات إلى حقيقة أنه عند استبدال الثرمستور ، من الضروري ضبط الجهاز مرة أخرى.

في معظم الأحيان ، يتم استخدام دائرة الجسر لتشغيل المحولات الحرارية المقاومة للمقاومة ، حيث يتم موازنة الجسر باستخدام مقياس الجهد. عندما تتغير مقاومة الثرمستور بسبب درجة الحرارة ، لا يمكن موازنة الجسر إلا عن طريق تحويل مقياس الجهد.

يتم استخدام مخطط مماثل مع الضبط اليدوي كمظاهرة في المختبرات التعليمية. محرك الجهد لديه مقياس معايرة مباشرة في وحدات درجة الحرارة. في مخططات القياس الحقيقية ، بالطبع ، يتم كل شيء تلقائيًا.

سيتحدث الجزء التالي من المقال عن استخدام المزدوجات الحرارية ومقاييس الحرارة للتمدد الميكانيكي - أجهزة استشعار درجة الحرارة. المزدوجات الحرارية

بوريس الأديشين ، electro-ar.tomathouse.com

أتمتة المنزل

الهندسة الكهربائية العملية والإلكترونيات

Comments

[#1 andy78]

هناك نوعان من الثرمستورات المعدنية: النحاس والبلاتين. وفقا لذلك ، يتم تمييزها على أنها TSM و TSP (المقاومة الحرارية للنحاس والبلاتين). يمكن لمقاومة البلاتين قياس درجات الحرارة حتى 600 درجة مئوية ، ولا يمكن أن يتجاوز النحاس 180 - 200 درجة مئوية ، لأنه في درجات الحرارة الأعلى ، يتأكسد النحاس بشدة ، مما يؤدي إلى فشل الثرمستور.

المقاومة الحرارية لأشباه الموصلات مصنوعة على أساس أكاسيد المعادن غير الحديدية. بادئ ذي بدء ، هو النحاس والفضة والمنغنيز ، وكذلك مخاليطها بنسب مختلفة ، والتي تسمح للحصول على خصائص مختلفة من المقاومة الحرارية. هذه المستشعرات ، سواء المعدنية أو شبه الموصلة ، سلبية ، وفي حد ذاتها لا تولد أي إشارة. لكن كونك متصلاً بدائرة قياس ، كقاعدة عامة ، فإن دائرة الجسر ، تتحكم في إشارة الخرج عن طريق تغيير مقاومتها الكهربائية تحت تأثير درجة الحرارة.

تتميز المقاومة الحرارية لأشباه الموصلات ، مثلها مثل جميع أجهزة أشباه الموصلات ، باختلاف واسع في الخصائص التكنولوجية ، مما يؤدي إلى الحاجة إلى تكوين معدات القياس في حالة استبدال المقاومة الحرارية. لا يتجاوز نطاق قياس الثرمستورات MMT-1 و MMT-4 و KMT-1 و KMT-4 120 - 150 درجة مئوية. يوجد الحد الأدنى للقياسات في منطقة درجات الحرارة السلبية ، بدءًا من -70 إلى 50 درجة مئوية.

[#2]

مطلوب الثرمستور لتسخين الديزل في خزان السيارة. ص = 4.5 أوم. تبديل درجة الحرارة - 135 درجة مئوية

ماذا يمكنك أن تقدم؟ شكرا لك