Что такое тепловая инерция датчиков температуры?

Измерение температуры является одним из наиболее чувствительных параметров для таких отраслей, как нефтехимия, автомобилестроение, аэрокосмическая и оборонная промышленность, бытовая электроника. Эти датчики устанавливаются в устройства с целью точного и эффективного измерения температуры среды в соответствии с заданным набором требований. Но абсолютно все устройства имеют запаздывание между моментом замера и передачей информации или тепловую инерцию. Эффект возникает на фоне изменений температуры и теплового потока в разных точках в промежутке времени.

Если в промышленном процессе важна температура, ее измерение и управление может оказаться затруднительным, так как следует учитывать еще и переменные характеристики. Удешевление и сложность монтажа анализаторов температуры приводит к установке простейших приборов с минимальными измерениями температуры для управления процессом. Чем проще устройство, тем больше оказывают влияние колебания температуры в пространстве, но делают они это с разной скоростью. Разработка надежной схемы определения температуры находит компромисс между быстротой реакции и точностью выходной информации и оптимизируется для конкретных потребностей.

Распространенные типы датчиков температуры

Термоанализатор играет важную роль во многих процессах. Иногда поддержание определенной температуры необходимо для оборудования, используемого для изготовления медицинских препаратов, нагревания жидкостей или очистки другого оборудования. Для подобных случаев отзывчивость и точность имеют решающее значение для контроля качества.

Но часто замеры температуры является частью профилактики надежности. Устройство может фактически не выполнять действия при высокой температуре, но система будет подвергаться перегреву. Этот риск возникает из-за определенных внешних и внутренних факторов - сложные условия эксплуатации или самонагрев. Подобные ситуации при обнаружении роста температуры требуют профилактического реагирования, а датчики обязательно отличаются надежностью и скоростью выходной информации в ожидаемом рабочем диапазоне. Чем она больше, тем требуется больше времени датчику для достижения температуры контролируемой среды.

Быстрое и точное обнаружение термических показаний является основой для всех передовых форм контроля и компенсации температуры, поэтому тепловая инерция компенсируется конструкцией анализаторов.

Типы датчиков температуры:

• Термистор - это термочувствительный резистор, который демонстрирует предсказуемое и точное изменение сопротивления, соответствующее изменениям температуры. такой тип прибора обеспечивает очень высокое сопротивление при низких температурах. При повышении температуры сопротивление быстро падает. Термистор отражает небольшие изменения в температуре очень быстро и с высокой точностью (от 0,05 до 1,5 ° C). Из-за экспоненциальной природы выход термистора требует линеаризации. Эффективный рабочий диапазон составляет от -50 до 250°C для термисторов со стеклянной оболочкой или 150°C - для стандартных.
• Датчик температуры сопротивления измеряет температуру в соотношении сопротивления элементов с температурой. Наиболее точные термометры сопротивления изготавливаются с использованием платины, более дешевые - из никеля или меди. Однако никель и медь менее стабильны. Платина обеспечивают линейный высокоточный выход (от 0,1 до 1 ° C) в диапазоне от -200 до 600°C.
• Термопара состоит из двух проводов из разных металлов, соединенных в двух точках. Изменяющееся напряжение между этими двумя точками отражает пропорциональные изменения температуры. Термопары являются нелинейными, требующими преобразования при использовании для контроля температуры и компенсации. Точность довольно низкая - от 0,5°С до 5°С, но огромным преимуществом является широкой температурный диапазон от -200°С до 1750°С.
• Полупроводниковый температурный датчик размещается на интегральных схемах (ИС). Эти устройства фактически составляют два идентичных диода с температурно-чувствительными характеристиками напряжения и тока, которые можно использовать для контроля изменений температуры. Конструкция предлагает линейный отклик, но имеют самую низкую точность среди основных типов датчиков при температуре от 1°C до 5°C. Они также имеют самую медленную чувствительность - от 5 с до 60 с в самом узком диапазоне температур от -70°C до 150°С.

Теплоинерционность выражается постоянной в секундах. Понимание этих значений и возможных отклонений используются при выборе датчика. Если отклонения выше допустимого предела, то показатель подбирают для каждого прибора.

На тепловую инерцию влияет:

• Наименьшей инерцией обладают термопары. В двух разных исполнениях с диаметром термоэлектродов 1,5 и 2,0 мм в первом случае тепловая инерция составляет 0,4 с, во втором - 0,5 с. Небольшое различие оказывает значительное влияние в быстро протекающих процессах.
• Неизолированный фрагмент спая уменьшает тепловую инерцию датчика и сокращает срок эксплуатации.
• Стоит учитывать также толщину защитной арматуры измерительных устройств. Взаимосвязь прямая: толстые стенки – большая инерция. Толстые стенки применяют для применения в агрессивной среде.
• Если устройство устанавливают на трубопроводах, для эффективного теплового контакта используют термопасту и теплоизоляционные материалы. Конструкция датчиков термосопротивления часто производится с термопастой на контактах ЧЭ и внутренней поверхности.

В зависимости от оборудования применяются разные технологии, но особое внимание необходимо уделять конструкции датчика в зависимости от времени реакции. Кроме того, конструкция датчика должна обеспечивать минимальное излучение тепла, что приводит к измерению, очень близкому к фактической температуре среды.

Главная характеристика датчиков

Чувствительность считается важнейшим требованием к измерительному прибору. Чем выше характеристика, тем точнее замеры. Но имеется предел чувствительности, который создает тепловая инерция. В результате термометры обязательно имеют инерционную погрешность – если эта величина выше точности измерений, установка не имеет смысла.

Как выбрать оптимальный вариант:

• Тепловая инерция влияет как на скорость процесса, так на погрешность. Если тепловая инерция датчика связана с медленным нагревом термочувствительного элемента – это заканчивается запаздыванием выходной информации.
• Быстрые термоколебания в подконтрольной среде и низкое реагирование датчика снижают качество управления процессами и поломке.

Чтобы правильно совмещать характеристики датчиков, требуется профессиональная помощь производителя, который индивидуально подбирает варианты для промышленных задач.

Некоторые считают лучшим решением датчики температуры с малой тепловой инерцией. Но технология каждого предприятия разных отраслей имеет собственные требования, а в большинстве случаев достаточно усредненного значения температур. Поэтому стабильность и рабочий ресурс термопары максимально обеспечивает множество термических процессов. Учитывая корректное время срабатывания на плавное температурное изменение, термопара остается самым популярным устройством. Широкий выбор датчиков такого типа можно найти на сайте ПО ОВЕН.