Classificazione dei sensori di temperatura

I sensori di temperatura vengono utilizzati nelle automobili, nell'elettronica di consumo, negli elettrodomestici e in altri prodotti. In base alle caratteristiche degli elementi di rilevamento della temperatura, sono principalmente suddivisi in termistori, termocoppie e rilevatori di temperatura a resistenza, come mostrato nella Figura 1. Il loro intervallo di temperatura di misurazione, precisione di misurazione e costo sono diversi.

Innanzitutto, un rapido grafico che confronta termistori, termocoppie e rilevatori di temperatura a resistenza

Attraverso il confronto di cui sopra, tutti possono facilmente comprendere le differenze tra diverse soluzioni di misurazione della temperatura e queste differenze determinano anche diversi scenari applicativi. Le termocoppie e le soluzioni RTD hanno un ampio intervallo di misurazione della temperatura e sono complesse da utilizzare, quindi sono fondamentalmente limitate alle applicazioni industriali. I termistori NTC sono ampiamente utilizzati per il loro basso costo e la relativa facilità d'uso.Ad esempio, la temperatura dell'acqua, la temperatura dell'olio, la temperatura di aspirazione del motore, la temperatura del cilindro e la temperatura di scarico nelle automobili sono tutti ambienti di applicazione NTC.

Termistore

Un termistore è un resistore del sensore il cui valore di resistenza cambia con la temperatura. In base al coefficiente di temperatura, è suddiviso in termistore a coefficiente di temperatura positivo (termistore PTC) e termistore a coefficiente di temperatura negativo (termistore NTC). Il valore di resistenza del termistore PTC aumenta con l'aumento della temperatura, mentre il valore di resistenza del termistore NTC diminuisce con l'aumento della temperatura. Sono entrambi dispositivi a semiconduttore. La maggior parte dei termistori ha un coefficiente di temperatura negativo e alcuni hanno un coefficiente di temperatura positivo. I termistori sono solitamente realizzati in materiali ceramici, come ossidi di nichel, manganese o cobalto placcati in vetro, il che li rende molto facili da danneggiare. Rispetto al tipo ad azione rapida, i principali vantaggi sono la velocità di risposta a qualsiasi variazione di temperatura, precisione e ripetibilità, come mostrato nella figura 2.

Caratteristiche principali:

①Alta sensibilità, il suo coefficiente di temperatura di resistenza è da 10 a 100 volte maggiore di quello del metallo e può rilevare variazioni di temperatura di 10-6℃;

②Ampio intervallo di temperature di funzionamento, i dispositivi a temperatura normale sono adatti da -55 ℃ a 315 ℃, i dispositivi ad alta temperatura sono adatti a temperature superiori a 315 ℃ (attualmente fino a 2000 ℃) e i dispositivi a bassa temperatura sono adatti da -273 ℃ a -55 ℃;

③ Piccole dimensioni, in grado di misurare la temperatura di spazi vuoti, cavità e vasi sanguigni negli organismi che altri termometri non possono misurare;

④ Facile da usare, il valore della resistenza può essere selezionato arbitrariamente tra 0,1 e 100 kΩ;

⑤ Facile da trasformare in forme complesse e può essere prodotto in serie;

⑥ Buona stabilità e forte capacità di sovraccarico.

Figura 3 QuestoTrasduttore termistore PTC è intercambiabile e ha caratteristiche di risposta rapida. Il chip KTY84 ha linearità e stabilità a lungo termine e può essere utilizzato nei sistemi di iniezione diesel, nella misurazione della temperatura dell'olio, nei sistemi di raffreddamento del motore, ecc.

Termocoppia

La termocoppia è un elemento di misurazione della temperatura comunemente utilizzato negli strumenti di misurazione della temperatura. Misura direttamente la temperatura e converte i segnali di temperatura in segnali di potenziale termoelettrico, che vengono poi convertiti nella temperatura del mezzo misurato attraverso strumenti elettrici (strumenti secondari). Hanno un ampio intervallo operativo di temperatura, affidabilità, precisione, semplicità e sensibilità. Ciò è dovuto principalmente alle loro piccole dimensioni. Le termocoppie hanno anche l'intervallo di temperatura più ampio tra tutti i sensori di temperatura, da meno di -200 ℃ a ben oltre 2000 ℃.

L'aspetto delle varie termocoppie è spesso molto diverso a seconda delle esigenze, ma la loro struttura di base è più o meno la stessa. Solitamente sono composti da parti principali come elettrodi caldi, tubi di protezione con guaina isolante e scatole di giunzione. Di solito vengono utilizzati insieme a strumenti di visualizzazione, strumenti di registrazione e regolatori elettronici.

I segmenti rosso e blu nella Figura 4 sono due materiali diversi. Il conduttore o semiconduttore che costituisce la termocoppia è chiamato elettrodo caldo. L'estremità saldata insieme verrà inserita nel sito di misurazione della temperatura e diventerà l'estremità di lavoro, mentre l'altra estremità è chiamata estremità fredda e funge da estremità di riferimento. Se le temperature alle due estremità sono diverse, questa differenza di temperatura farà sì che le altre due estremità del conduttore o semiconduttore generino potenziale termoelettrico, che può essere convertito nella temperatura corrispondente mediante campionamento della tensione.

Caratteristiche principali:

1. Assemblaggio semplice e facile sostituzione;
2. Elemento sensibile alla temperatura del tipo a molla di compressione con buona resistenza agli urti;
3. Elevata precisione di misurazione;
4. Ampio intervallo di misurazione (-200℃～1300℃, -270℃～2800℃ in circostanze speciali);
5. Tempo di risposta termica rapido;
6. Elevata resistenza meccanica e buona resistenza alla pressione;
7. Resistenza alle alte temperature fino a 2800 gradi;
8. Lunga durata.

Applicazione:

Le termocoppie possono funzionare in intervalli di temperatura estremamente alti e bassi, che vanno da -200 ℃ a 2300 ℃. Perciò,le termocoppie hanno trovato ampie applicazioni nelle esigenze di misurazione di un ampio intervallo di temperature, come la metallurgia, i macchinari, l'industria chimica e altri campi industriali, nonché il trattamento termico, la produzione del vetro, ecc.

Figura 5 QuestoSensore termocoppia di tipo N presenta i vantaggi di buona linearità, ampio potenziale termoelettrico, elevata sensibilità, buona stabilità e uniformità, forti prestazioni antiossidanti, prezzo basso e non è influenzato dall'ordinamento a corto raggio. Può essere utilizzato nei sistemi di post-trattamento degli scarichi dei motori diesel.

Rilevatore di temperatura resistivo (RTD)

Gli RTD sono sensori di temperatura precisi costituiti da un metallo conduttivo di elevata purezza come platino, rame o nichel avvolto in una bobina. La variazione di resistenza di un RTD è simile a quella di un termistore. È disponibile anche un RTD a film sottile. Questi dispositivi hanno un sottile strato di pasta di platino depositato su un substrato ceramico bianco. L'RTD agisce un po' come un convertitore termoelettrico, convertendo le variazioni di temperatura in variazioni di tensione. La relazione resistenza-temperatura di platino, rame o nichel è mostrata nella Figura 6. Hanno un elevato coefficiente di temperatura, rispondono rapidamente ai cambiamenti di temperatura, sono resistenti alla fatica termica e possono essere facilmente trasformati in bobine di precisione.

I rilevatori di temperatura resistivi hanno un coefficiente di temperatura positivo (PTC), ma a differenza dei termistori, la loro uscita è molto lineare, producendo misurazioni della temperatura molto accurate. Gli RTD sono i trasduttori di temperatura più accurati e stabili. Sono più lineari delle termocoppie e dei termistori. Tuttavia, gli RTD rispondono anche più lentamente e sono sensori di temperatura più costosi. Pertanto, gli RTD sono più adatti per le applicazioni in cui la precisione è fondamentale, ma la velocità e il prezzo non sono fondamentali.

Figura 7 Questo Sensore RTD Pt200 EGT ha le caratteristiche della curva caratteristica lineare standardizzata, elevata stabilità e affidabilità e tempi di risposta brevi in ​​condizioni transitorie. Può essere utilizzato per controllare e monitorare i sistemi DPF/GPF, monitorare i sistemi SCR dei motori diesel per impieghi gravosi e proteggere i componenti sensibili alla temperatura del turbocompressore.

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