Senzori de temperatură - termocuple
(124)Unul dintre grupurile de senzori utilizați în mod obișnuit este reprezentat de senzorii de temperatură. Cum se efectuează foarte des măsurători, printre altele în mașini industriale sau în timpul diferitelor tipuri de procese care trebuie să aibă loc la o anumită temperatură, prin urmare, senzorii de temperatură sunt utilizați în multe industrii, laboratoare, echipamente de control și măsurare și departamentele R&D. Măsurarea este utilă sau chiar necesară în timpul tuturor tipurilor de lucrări electronice efectuate de pasionații de bricolaj, de exemplu la încărcarea celulelor bateriei, lipirea/desudarea componentelor cu aer fierbinte pe PCB-uri, atunci când se construiesc sisteme în care temperatura este una dintre valorile controlate și de control. De asemenea, în imprimantele 3D, din ce în ce mai populare, senzorul de temperatură este necesar pentru a controla gradul de încălzire al capului de imprimare sau al patului încălzit, ceea ce permite asigurarea calității corespunzătoare a imprimării.
Există subgrupuri de senzori de temperatură. Acest lucru se datorează diferențelor de structură și modului de operare. Cele mai populare sunt termistorii NTC, termistorii PTC, senzorii de temperatură de rezistență și termocuplurile.
Senzori de temperatură – construcția termocuplului
Termocuplurile sunt dispozitive ușor de construit, fiabile și durabile, prin urmare sunt unii dintre cei mai frecvent utilizați senzori pentru măsurarea temperaturii. Sistemele care le utilizează funcționează pe baza măsurării tensiunii (diferenței de potențial) create într-un circuit electric închis, produs de un termocuplu, adică un termocuplu format din două fire de termocuplu. Aceste fire sunt formate din diferiți conductori sau semiconductori, selectați în așa fel încât, pe măsură ce temperatura măsurată crește, crește și tensiunea generată la contactul lor, ceea ce se numește tensiune termoelectrică. Așa-numitul efect Seebeck funcționează aici, prin care așa-numitele îmbinări reci și fierbinți trebuie plasate la temperaturi diferite. În practică, temperatura de referință este măsurată de un senzor independent în sistemul de măsurare de pe blocul de referință izotermic.
Tipuri de termocupluri și domenii de măsurare
Termocuplurile, în funcție de materialele care au fost utilizate pentru construcția lor, sunt împărțite în tipuri: J, T, K, E, N, S, R, B. Acestea sunt marcaje standardizate care indică tipul de materiale utilizate pentru a crea senzorii. Caracteristicile tipurilor individuale de termocupluri, care determină valorile forței termoelectrice pentru fiecare dintre ele, sunt descrise în standardul PN-EN60584-1: 2014-04. Cele mai frecvent utilizate sunt termocuplurile JJ (Fe-CuNi), K (NiCr-NiAl), E (NiCr-CuNi), T (Cu-CiNi) și N (NiCrSi-NiSi), pentru care se utilizează materiale precum fierul (Fe), cuprul (Cu), nichelul (Ni), crom (Cr), siliciu (Si) sau aluminiu (Al), adică fără utilizarea de metale nobile. Intervalul de temperatură care poate fi măsurat cu acești senzori depinde de tipul specific de termocuplu. Pentru termocuplurile de tip T, temperatura maximă de măsurare este de numai aproximativ 350°C, dar pentru termocuplurile de tip K și N este de chiar 1200°C. Capătul inferior al intervalului de temperatură pentru cele mai utilizate tipuri de termocupluri enumerate este în jur de -50°C, deși unele dintre ele pot fi capabile să măsoare temperaturi mai mici, de până la -200°C.
Termocupluri cu temperatură înaltă
Pentru a măsura temperaturi mai ridicate, așa-numitele termocupluri cu temperatură înaltă, realizate din metale nobile, și anume platină (Pt) și rodiu (Rh). Acestea sunt termocupluri de tip S (Pt10Rh-Pt), R (Pt13Rh-Pt) și B (Pt30Rh-Pt6Rh). Pot funcționa și măsura temperaturi de până la aproximativ 1600°C, cu termocupluri de tip B chiar și până la 1800°C. Datorită utilizării metalelor nobile în construcția lor, acestea sunt mai scumpe decât termocuplurile menționate anterior de tip J, T, K, E și N.
Utilizarea senzorilor de temperatură
Sistemul de măsurare, care utilizează un senzor de termocuplu pentru a măsura valoarea temperaturii, constă în mod normal din: un element termoelectric (termocupluri), fire care conectează senzorul la și de la dispozitivul de măsurare, de exemplu sub forma unui milivoltmetru sau a unui sistem traductor. Caracteristicile termocuplului nu sunt liniare și sunt diferite pentru fiecare tip. Din acest motiv, în sistemele de măsurare se folosește cel mai adesea liniarizarea digitală, efectuată de un sistem cu microprocesor, deoarece liniarizarea analogică nu este eficientă din punct de vedere al costurilor. Datorită tensiunii foarte reduse obținute de la un astfel de senzor, de ordinul câtorva microvolți pe un grad Celsius, sunt utilizate amplificatoare de semnal și diferite tipuri de filtre pentru ca măsurarea obținută să fie cât mai precisă și în concordanță cu temperatura măsurată efectivă.
Selectarea senzorului de temperatură
Există mai mulți factori de luat în considerare atunci când decideți să cumpărați un termocuplu pentru a măsura temperatura dispozitivului sau procesului dumneavoastră. Primul este, desigur, intervalul de temperatură care va fi măsurat. Este extrem de important ca domeniul valorii temperaturii măsurate să se încadreze în domeniul de măsurare al tipului de senzor selectat. În caz contrar, ca urmare a unei încercări de măsurare cu un senzor incorect selectat, puteți obține informații false sau incomplete despre procesele care au loc în mediul testat sau se poate duce chiar la deteriorarea permanentă a senzorului. Selectarea unui senzor cu un interval de temperatură adecvat este, de asemenea, importantă din motive financiare. Senzorii mai scumpi, care utilizează în construcția lor metale nobile, pot avea un domeniu de măsurare mai larg și pot măsura temperaturi mult mai ridicate, cu toate acestea este posibil ca ei să nu fie necesari niciodată în procesul a cărui temperatură este măsurată. În acest caz, cumpărarea unui senzor mai scump nu este justificată și se poate dovedi o cheltuială suplimentară inutilă.
Un alt aspect de luat în considerare este lungimea cablului. Este demn de remarcat aici că, spre deosebire de alți senzori, inclusiv unii senzori de temperatură, termocuplurile au întotdeauna două fire. Lungimea cablului trebuie selectată astfel încât să fie suficientă. Atunci când cablul este prea scurt, este posibil să nu fie posibilă conectarea senzorului la dispozitivul de măsurare și poate să nu fie posibilă extinderea acestuia. Pe de altă parte, un cablu prea lung poate duce la perturbări mai mari ale semnalului, care pot fi cauzate de diverse efecte ale perturbațiilor electromagnetice omniprezente, de exemplu de la o rețea electrică standard cu un curent alternativ de 50Hz și 230V. De asemenea, puteți găsi termocupluri cu cap de conectare, adică fără cablul furnizat de producător.
Terminalele senzorului sunt într-o izolație specială, rezistentă la temperaturi ridicate, teflon sau fibră de sticlă, datorită căreia sunt protejate împotriva daunelor cauzate de temperatura prea ridicată și de posibilitatea scurtcircuitelor. Fibra de sticlă este mai rezistentă la temperaturi ridicate și se înmoaie doar la aproximativ 740°C, în timp ce punctul de înmuiere a teflonului este de aproximativ 260°C. Din acest motiv, ar trebui să prevedeți și condițiile de temperatură la care poate fi expus cablul de conectare al termocuplului și să îl selectați pe cel cu izolație adecvată.
Vârful senzorului și dimensiunile sale externe sunt, de asemenea, importante. De obicei, pentru a proteja sudura de deteriorarea fizică sau contaminarea termocuplului, aceasta este plasată într-o carcasă sub forma unui cilindru metalic, ceramic sau de porțelan. Puteți întâlni diferite capete ale unui astfel de capac: plat, semicircular și, de asemenea, conic, cu un unghi de deschidere de 118°. De obicei, dimensiunile unui astfel de senzor sunt determinate de diametrul și de lungimea acestuia, dar se găsesc și senzori cu un ochi.
Desigur, nu trebuie să uitați să potriviți tipul de termocuplu cu sistemul dumneavoastră de măsurare sau sistemul de măsurare cu tipul de termocuplu. Producătorul sistemelor destinate citirii valorilor temperaturii cu ajutorul unui termocuplu definește în mod clar cu ce tip de senzor poate lucra. Utilizatorul trebuie să respecte aceste instrucțiuni pentru a se asigura că citirea temperaturii este adevărată și că nu deteriorează niciuna dintre componentele utilizate.
Depozit:
