новости компании о Сенсор температуры: что вам нужно знать

Датчик температуры - это устройство, преобразующее температурные сигналы в измеримые электрические сигналы (такие как напряжение, ток, сопротивление или цифровые сигналы), и широко используется в промышленной автоматизации, бытовой электронике, медицинском оборудовании, автомобильной электронике, экологическом мониторинге и других областях.

1. Классификация

Датчики температуры можно классифицировать по методам измерения и принципам работы:

1.1 Классификация по методу измерения

Контактные датчики температуры

Датчик непосредственно контактирует с измеряемым объектом и измеряет температуру посредством теплопроводности. Преимуществом является высокая точность измерения, подходит для измерения температуры жидкостей и твердых тел, но скорость отклика относительно медленная и может зависеть от окружающей среды. Типичные применения включают термопары, RTD (терморезисторы) и термисторы.

Бесконтактный датчик температуры

Измеряет температуру, обнаруживая инфракрасное излучение, испускаемое объектом, без физического контакта. Преимуществом является быстрое время отклика и отсутствие помех для измеряемого объекта. Однако точность измерения зависит от коэффициента излучения поверхности объекта. Типичные применения включают инфракрасные термометры и тепловизоры.

1.2 Классификация по принципу работы

(1) Термопара

Термопара основана на эффекте Зеебека, когда электрический потенциал генерируется на стыке двух разных металлов из-за разницы температур.

- Широкий диапазон измерений (-200°C ~ 2300°C), подходит для экстремальных температурных условий.

- Быстрое время отклика (миллисекундный уровень), устойчивость к высоким температурам и виброустойчивость.

- Однако точность относительно низкая (±1°C ~ ±5°C), требуется компенсация холодного спая.

Общие типы

- Термопара K-типа (никель-хром - никель-кремний): Наиболее часто используемая, подходит для -200°C до 1260°C.

- Термопара J-типа (железо - медь-никель): Подходит для восстановительных сред, 0°C до 760°C.

- Термопара T-типа (медь - медь-никель): Подходит для низкотемпературных измерений, -200°C до 350°C.

- Термопара S/R-типа (платина-родий - платина): Используется для высокотемпературных измерений (0°C до 1600°C), высокая точность, но высокая стоимость.

(2) Терморезистор (RTD, детектор температуры сопротивления)

RTD измеряет, используя характеристику, что сопротивление металлов (таких как платина, медь и никель) изменяется с температурой.

Особенности

- Высокая точность (±0.1°C ~ ±0.5°C), хорошая стабильность, подходит для долгосрочного мониторинга.

- Широкий диапазон измерений (-200°C ~ 850°C).

- Однако отклик относительно медленный (секундный уровень), дорогой и требует источника постоянного тока для управления.

Общие типы

- PT100 (платиновый резистор, 100Ω при 0°C): Промышленный стандарт, хорошая линейность.

- PT1000 (платиновый резистор, 1000Ω при 0°C): Более высокая чувствительность, подходит для передачи на большие расстояния.

- Cu50 (медный резистор, 50Ω при 0°C): Более низкая стоимость, но более узкий диапазон температур.

(3) Термисторы

Термисторы - это полупроводниковые устройства, сопротивление которых значительно изменяется с температурой, и они классифицируются как NTC (отрицательный температурный коэффициент) и PTC (положительный температурный коэффициент).

NTC термисторы

Сопротивление уменьшается по мере повышения температуры, с высокой чувствительностью (±0.05°C).

- Однако они имеют сильную нелинейность и требуют таблиц поиска или уравнения Стейнхарта-Харта для преобразования.

Типичные применения: Электронные термометры, контроль температуры литиевых батарей.

PTC термисторы

Сопротивление резко возрастает при определенной температуре и часто используется для защиты от перегрева.

Типичные применения: Защита двигателя от перегрева, самовосстанавливающийся предохранитель.

(4) Цифровой датчик температуры

Цифровой датчик температуры интегрирует АЦП и цифровые интерфейсы (такие как I2C, SPI, 1-Wire), напрямую выдавая цифровые сигналы без необходимости дополнительных схем обработки сигналов.

Особенности

- Сильная помехозащищенность, подходит для встраиваемых систем.

- Не требуется калибровка, прост в использовании.

(5) Инфракрасный датчик температуры (ИК-термометр)

Инфракрасный датчик измеряет температуру, обнаруживая инфракрасное излучение, испускаемое объектами (с длиной волны от 3 до 14 µм).

Особенности

- Бесконтактное измерение, с чрезвычайно быстрым откликом (в миллисекундном диапазоне).

- Однако точность измерения зависит от коэффициента излучения поверхности объекта (например, для металлов требуется компенсация).

Типичные применения

- Пистолеты для измерения температуры тела (например, MLX90614).

- Тепловизионное оборудование (например, тепловизоры FLIR).

Основные параметры производительности датчиков температуры

- Диапазон измерений: Диапазон температур, в котором датчик может нормально работать, например, термопары могут достигать 2300°C, в то время как NTC обычно ограничены -50°C до 150°C.

- Точность: Диапазон погрешности измерения, например, RTD может достигать ±0.1°C, в то время как термопары обычно ±1°C до ±5°C.

- Разрешение: Минимальное обнаруживаемое изменение температуры, высокоточные датчики могут достигать 0.01°C.

- Время отклика: Время, необходимое для стабилизации изменения температуры на выходе, термопары могут достигать миллисекундного уровня, в то время как RTD обычно находится на секундном уровне.

- Линейность: Является ли выход линейным по отношению к температуре, RTD имеет лучшую линейность, в то время как NTC имеет более сильную нелинейность.

- Долгосрочная стабильность: Степень дрейфа датчика со временем, платиновое сопротивление <0.1°C/год.

Руководство по выбору датчика температуры

1. Диапазон температур: Выберите термопару для высоких температур, RTD или NTC для низких температур.

2. Требования к точности: Выберите RTD для высокой точности, NTC для низкой стоимости.

3. Скорость отклика: Выберите термопару или инфракрасный датчик для быстрого измерения.

4. Факторы окружающей среды: Выберите бронированную термопару для агрессивных сред, водонепроницаемую упаковку для влажных сред.

5. Выходной сигнал: Встраиваемые системы предпочитают цифровые датчики (I2C/SPI).