Датчики температуры

1. Датчики температуры

презентация по дисциплине «Датчики физических величин»
Выполнил:
Студент гр. 2041
Климов М.М.

2. Шкалы и единицы температуры

• Термодинамическая шкала: Основная единица — Кельвин (K).
Используется в научных расчетах и физических моделях.
• Шкала Цельсия: Основная единица — градус Цельсия (°C). Широко
применяется в технике и быту.
• Ключевое соотношение: Размер градуса одинаков в обеих шкалах.
(1 °C = 1 K, Изменение температуры на 1 градус Цельсия равно изменению на 1
Кельвин)
ДИАПАЗОНЫ ИЗМЕРЕНИЙ:
• Контактные методы: −260 … +2500 °C
• Бесконтактные (пирометры): до ≈ 4000 °C

3. Методы измерения температуры

Контактные методы
• Чувствительный элемент находится в
непосредственном тепловом контакте с объектом
измерения.
• Типы датчиков: Термометры расширения,
термосопротивления (RTD), термопары,
термисторы.
• Температура датчика должна уравновеситься с
температурой объекта.
ПРЕИМУЩЕСТВА
• Высокая точность, стабильность, простота
конструкции и низкая стоимость
НЕДОСТАТКИ
• Искажение температурного поля объекта,
тепловая инерция (медленный отклик), износ
Бесконтактные методы
• Измерение температуры на основе регистрации
теплового электромагнитного излучения объекта.
• Типы датчиков: Пирометры (яркостные,
радиационные, цветовые), тепловизоры.
• Используется закон Стефана-Больцмана и закон
Планка.
ПРЕИМУЩЕСТВА
• Не влияет на объект, высокое быстродействие,
возможность измерения движущихся/удаленных
объектов. Применяется при высоких температурах
НЕДОСТАТКИ
• Влияние излучательной способности (ε),
поглощение средой (дым, пар), выше стоимость

4. Стеклянные жидкостные термометры

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
• Основан на различии коэффициентов
теплового объемного расширения
термометрической жидкости и материала
оболочки (стекла).
• Диапазон измерений: −100 ... +600 °C
• Рабочие жидкости: Ртуть, спирт,
галлий, неон
Достоинства
• Автономность: не требуют источника
питания для работы.
• Высокая точность: могут использоваться
как эталонные приборы.
• Экономичность: низкая стоимость и
простота эксплуатации.
Недостатки
• Хрупкость: стеклянный корпус
легко разбить.
• Инерционность: медленная
реакция на изменение
температуры.
• Локальность: невозможность
автоматической записи и
передачи показаний.

5. Манометрические термометры

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
• Основан на зависимости давления
рабочего вещества (газа, жидкости или
конденсата) от температуры при
неизменном объеме замкнутой
термосистемы.
• Диапазон измерений: −200 ... +500 °C
• Заполнение: Газ (азот), жидкость, пар
Достоинства
• Дистанционность: измерение на
удалении до 60 м (через капилляр).
• Взрывобезопасность: отсутствие
электрических цепей.
• Надежность: устойчивость к вибрации.
Недостатки
• Ограничения: трудность
ремонта при разгерметизации.
• Инерционность: значительное
время отклика.
• Невысокая точность измерений

6. Термометры сопротивления

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
• Основан на зависимости
электрического сопротивления
проводников (платины, меди,
никеля) от температуры R(T).
Диапазон измерений: −260 ...
+1100 °C
• Материалы: Платина (Pt), Медь
(Cu), Никель (Ni)
Достоинства
Недостатки
• Питание: требуется источник тока.
• Точность: высокая точность и
стабильность показаний.
• Инерционность: медленная
• Интеграция: удобство
реакция на изменение T.
использования в АСУ ТП.
• Размеры: не подходят для точечных
• Линейность: хорошая линейность
измерений (vs термопары).
характеристики (особенно Pt).

7. Термопары (Термоэлектрические)

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ (ЭФФЕКТ ЗЕЕБЕКА)
• Генерация термоэлектродвижущей силы
(термоЭДС) в замкнутом контуре из двух
разнородных проводников при наличии
разности температур спаев.
• Диапазон: до 2200 °C (кратковр.
2500°C)
• Материалы: Платина (Pt), Медь (Cu),
Никель (Ni)
Достоинства
• Устойчивы к высоким температурам и
агрессивным средам
• Надежность: простая конструкция,
стойкость к вибрациям.
• Способны работать в тяжелых условиях.
Недостатки
Слабый сигнал: малая выходная ЭДС.
Сложность: требуется компенсация
холодного спая.
Точность: ниже, чем у RTD.

8. Полупроводниковые и кремниевые датчики

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ (ЭФФЕКТ ЗЕЕБЕКА)
• Используют предсказуемую зависимость
электрических свойств (напряжения p-n
перехода) полупроводникового кремния
от температуры. Часто выпускаются в
виде интегральных схем (IC).
• Диапазон: −50 ... +150 °C
• Тип выхода: Аналоговый (V/A) или
цифровой (I²C, SPI)
Достоинства
Недостатки
Узкий диапазон: ограничены свойствами
полупроводников.
Габариты: размеры корпуса больше, чем у
• Интеграция: простая цифровая
обработка и калибровка на кристалле. датчиков других типов.
• Удобство: не требуют сложных схем Питание: требуют внешнего источника
нормирования сигнала.
энергии.
• Линейность: высокая линейность
выходной характеристики.

9. Инфракрасные датчики

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ (ЭФФЕКТ ЗЕЕБЕКА)
• Бесконтактное измерение температуры на
основе регистрации мощности теплового
электромагнитного излучения объекта в
инфракрасном диапазоне спектра.
• Диапазон: −45 ... +4000 °C
• E=1–R
• где E — излучательная способность,
R — коэффициент отражения.
Достоинства
Недостатки
• Бесконтактность: измерение на
безопасном расстоянии.
• Быстродействие: мгновенная реакция
(доли секунды).
• Универсальность: для движущихся,
труднодоступных и агрессивных объектов.
• Одни из самых точных датчиков
температуры.
Влияние среды: погрешности от пыли,
дыма, пара.
Необходимость знания коэффициента
отражения поверхности.
Методическая погрешность: выше, чем
у контактных методов.