Датчики температуры

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Донской государственный технический университет»

(ДГТУ)

Реферат по дисциплине «Средства автоматизации »

Тема: «Датчики температуры»

Выполнил: Студент 3-го курса

Группы НГА-31

Борзило Николай Андреевич

Научный руководитель: Герасименко Е.Ю.

Ростов-на-Дону 2014

Содержание

датчик температура терморезичторный термодатчик

1. Виды датчиков температуры по типу действия

1.1 Терморезистивные термодатчики

1.1.1 Резистивные детекторы температуры(РДТ)

1.1.2 Кремневые резистивные датчики

1.1.3 Термисторы

1.2 Полупроводниковые

1.3 Термоэлектрические (термопары)

1.4 Пирометры

1.4.1 Флуоресцентные

1.4.2 Интерферометрические

1.4.3 Датчики на основе растворов, меняющих цвет при температурном воздействии

1.5 Акустические

1.6 Пьезоэлектрические

2. Критерии выбора датчиков температуры

3. Датчик температуры T7/MPX

Введение

Большинство технологических процессов идет сейчас по пути автоматизации. Кроме того, управление многочисленными механизмами и агрегатами, а зачастую и машинами просто немыслимо без точных измерений всевозможных физических величин. Не маловажными являются измерение давления, измерение угловой скорости, а также линейной и многие-многие другие. Но самыми распространенными (около 50%) являются температурные измерения. К примеру, средняя по величине атомная станция располагает приблизительно 1500-ю контрольных (измерительных) точек, а крупное химпроизводство, насчитывает таких уже около 20 тыс.

Так как диапазон измерений и их условия могут сильно отличатся друг от друга, разработаны разные по точности, помехоустойчивости и быстродействию типы датчиков (и первичных преобразователей). Какого бы типа не был температурный датчик, общим для всех является принцип преобразования. А именно: измеряемая температура преобразуется в электрическую величину (как раз за это и отвечает первичный преобразователь). Это обусловлено тем, что электрический сигнал просто передавать на большие расстояния (высокая скорость приема-передачи), легко обрабатывать (высокая точность измерений) и, наконец, быстродействие.

1. Виды датчиков температуры, по типу действия

1.1 Терморезистивные термодатчики

Терморезистивные термодатчики -- основаны на принципе изменения электрического сопротивления (полупроводника или проводника) при изменении температуры. Разработаны они были впервые для океанографических исследований. Основным элементом является терморезистор -- элемент изменяющий свое сопротивление в зависимости от температуры окружающей среды.

Несомненные преимущества термодатчиков этого типа это долговременная стабильность, высокая чувствительность, а также простота создания интерфейсных схем.

На изображении приведен датчик 702-101BBB-A00, диапазон измерения которого от -50 до +130 °С. Этот датчик относиться к группе кремневых резистивных датчиках(что это такое читайте двумя абзацами ниже). Обратите внимание, на его размеры. Производит этот датчик фирма Honeywell International

В зависимости от материалов используемых для производства терморезистивных датчиков различают:

1.1.1 Резистивные детекторы температуры(РДТ)

Эти датчики состоят из металла, чаще всего платины. В принципе, любой мета изменяет свое сопротивление при воздействии температуры, но используют платину так как она обладает долговременной стабильностью, прочностью и воспроизводимостью характеристик. Для измерений температур более 600 °С может использоваться также вольфрам. Минусом этих датчиков является высокая стоимость и нелинейность характеристик.

1.1.2 Кремневые резистивные датчики

Преимущества этих датчиков --хорошая линейность и высокая долговременная стабильностью. Также эти датчики могут встраиваться прямо в микроструктуры.

1.1.3 Термисторы

Эти датчики изготавливаются из металл-оксидных соединений. Датчики измеряет только абсолютную температуру. Существенным недостатком термисторов является необходимость их калибровки и большой нелинейностью, а также старение, однако при проведении всех необходимых настроек могут использоваться для прецизионных измерений.

1.2 Полупроводниковые

В качестве примера изображен полупроводниковый датчик температуры LM75A, выпускаемый фирмой NXP Semiconductors. Диапазон измерений этого датчика от -55 до +150.

Полупроводниковые датчики регистрируют изменение характеристик p-n перехода под влиянием температуры. В качестве термодатчиков могут быть использованы любые диоды или биполярные транзисторы. Пропорциональная зависимость напряжения на транзисторах от абсолютной температуры (в Кельвинах) дает возможность реализовать довольно точный датчик.

Достоинства таких датчиков -- простота и низкая стоимость, линейность характеристик, маленькая погрешность. Кроме того, эти датчики можно формировать прямо на кремневой подложке. Все это делает полупроводниковые датчики очень востребованными.

1.3 Термоэлектрические (термопары)

Термоэлектрические преобразователи -- иначе, термопары. Они действуют по принципу термоэлектрического эффекта, то есть благодаря тому, что в любом замкнутом контуре (из двух разнородных полупроводников или проводников) возникнет электрический ток, в случае если места спаев отличаются по температуре. Так, один конец термопары (рабочий) погружен в среду, а другой (свободный) - нет. Таким образом, получается, что термопары это относительные датчики и выходное напряжение будет зависеть от разности температур двух частей. И почти не будет зависеть от абсолютных их значений.

Выглядеть термопара может так, как показано на рисунке. Это термопара ДТПКХХ4, она измеряет температуры в пределах от -40 до +400. Производит его российская компания Овен.

Диапазон измеряемых с их помощью температур, от -200 до 2200 градусов, и напрямую зависит от используемых в них материалов. Например, термопары из неблагородных металлов - до 1100 °С. Термопары из благородных металлов (платиновая группа) - от 1100 до 1600 градусов. Если необходимо произвести замеры температур свыше этого, используются жаростойкие сплавы (основой служит вольфрам). Как правило используется в комплекте с милливольтметром, а свободный конец (конструктивно выведенный на головку) удален от измеряемой среды с помощью удлиняющего провода. Одним из недостатков термопары является достаточно большая погрешность. Наиболее распространенным способом применения термопар являются электронные термометры.

1.4 Пирометры

Пирометры - бесконтактные датчики, регистрирующие излучение исходящее от нагретых тел. Основным достоинством пирометров (в отличие от предыдущих температурных датчиков) является отсутствие необходимости помещать датчик непосредственно в контролируемую среду. В результате такого погружения часто происходит искажение исследуемого температурного поля, не говоря уже о снижении стабильности характеристик самого датчика.

Различают три вида пирометров:

1.4.1 Флуоресцентные

При измерении температуры посредством флуоресцентных датчиков на поверхность объекта, температуру которого необходимо измерить, наносят фосфорные компоненты. Затем объект подвергают воздействию ультрафиолетового импульсного излучения, в результате которого возникает послеизлучение флуоресцентного слоя, свойства которого зависят от температуры. Это излучение детектируется и анализируется.

1.4.2 Интерферометрические

Интерферометрические датчики температуры основаны на сравнении свойств двух лучей - контрольного и пропущенного через среду, параметры которой меняются в зависимости от температуры. Чувствительным элементом этого типа датчиков чаще всего выступает тонкий кремниевый слой, на коэффициент преломления которого, а, соответственно, и на длину пути луча, влияет температура.

1.4.3 Датчики на основе растворов, меняющих цвет при температурном воздействии

В этом типе датчиков-пирометров применяется хлорид кобальта, раствор которого имеет тепловую связь с объектом, температуру которого необходимо измерить. Коэффициент поглощения видимого спектра у раствора хлорида кобальта зависит от температуры. При изменении температуры меняется величина прошедшего через раствор света.

1.5 Акустические

Акустические термодатчики - используются преимущественно для измерения средних и высоких температур. Акустический датчик построен на принципе того, что в зависимости от изменения температуры, меняется скорость распространения звука в газах. Состоит из излучателя и приемника акустических волн (пространственно разнесенных). Излучатель испускает сигнал, который проходит через исследуемую среду, в зависимости от температуры скорость сигнала меняется и приемник после получения сигнала считает эту скорость.

Используются для определения температур, которые нельзя измерить контактными методами. Также применяются в медицине для неинвазивных (без операционного проникновения внутрь тела больного) измерения глубинной температуры, например, в онкологии. Недостатками таких измерений является то, что при прикосновении они могут вызывать ответные физиологические реакции, что в свою очередь влечет искажение измерения глубинной температуры. Кроме того, могут возникать отражения на границе «датчик-тело», что также способно вызывать погрешности.

1.6 Пьезоэлектрические

В датчиках этого типа главным элементов является кварцевый пьезорезонатор.

Как известно пьезоматериал изменяет свои размеры при воздействии тока(прямой пьезоэффект). На этот пьезоматериал попеременно передается напряжение разного знака, от чего он начинает колебаться. Это и есть пьезорезонатор. Выяснено, что частота колебаний этого резонатора зависит от температуры, это явление и положено в основу пьезоэлектрического датчика температуры.

2. Критерии выбора датчиков температуры

1. Температурный диапазон.

2. Можно ли погружать датчик в измеряемую среду или объект? Если расположение внутри среды недопустимо, то стоит выбирать акустические термометры и пирометры.

3. Каковы условия измерений!? Если используется агрессивная среда, то необходимо использовать либо датчики в корозийнозащитных корпусах, либо использовать бесконтактные датчики. Кроме того, необходимо предусмотреть другие условия: влажность, давление и тд.

4. Как долго датчик должен будет работать без замены и калибровки. Некоторые типы датчиков обладают относительно низкой долговременной стабильностью, например термисторы.

5. Какой выходной сигнал необходим. Некоторые датчики выдают выходной сигнал в величине тока, а некоторые автоматически пересчитывают его в градусы.

6. Другие технические параметры, такие как: время срабатывания, напряжение питания, разрешение датчиков и погрешность. Для полупроводниковых датчиков, важным также являет тип корпуса.

3. Датчик температуры T7/MPX

Многоточечные датчики температуры и уровня раздела фаз T7/MPX предназначены для измерения температуры жидких сред (нефть, нефтепродукты) в нескольких точках по высоте. Датчики температуры T7/MPX могут использоваться для различных применений, в частности, в составе систем коммерческого учета нефтепродуктов для измерения вертикального температурного профиля и уровня подтоварной воды в резервуарах.

Конструкция и принцип работы датчиков температуры

Датчики температуры Т7/МРХ представляют собой Smart измерители температуры, что означает, что изменение регулировок датчиков температуры Т7/МРХ может быть легко произведено непосредственно на объекте без съема с установки.

Измерение температуры осуществляется прецизионными термометрами сопротивлений Pt-100 (до 15 штук), размещенными внутри температурного зонда. Искробезопасный мультиплексор с микропроцессорным управлением преобразует сигналы Pt-100 в температурный эквивалент, считываемый ведущим компьютером через интерфейс HART (опционально доступна поставка RS-232/HART преобразователя).

Длина зонда и схема расположения в нем термосопротивлений оговариваются при заказе датчика температуры. Различные конструктивные оформления зонда позволяют использовать его при избыточных давлениях до 2.5 кГ/см² или до 64 кГ/см².

При необходимости измерения уровня подтоварной воды в резервуаре со «светлыми» нефтепродуктами многоточечный датчик температуры T7/MPX может комплектоваться поплавковым измерителем уровня раздела фаз нефтепродукт-вода с резистивным выходом для подключения его вместо одного из 15 термометров сопротивления.

Датчики температуры T7/MPX имеют степень защиты IP67 и корпус из нержавеющей стали в нормальном или искробезопасном (0ExiaIICT5 X) исполнении.

Я считаю что этот датчик подходит для использования в нефтегазовой сфере так как преобразователи Т 7/ МРХ изготавливаются в искробезопасном исполнении в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51330.10 по EEx ia II C T6. Корпус прибора изготовлен из алюминия с фторопластовым покрытием или нержавеющей стали. Он обеспечивает степень защиты IP67 или IP68.

Кроме того, имеется алюминиевый корпус, обеспечивающий взрывозащиту с маркировкой 1ExdIIBT5 и 1ExdII С T6 и степень защиты IP67 и IP66 соответственно!

Заключение

Стремительное развитие электроники и вычислительной техники оказа-лось предпосылкой для широкой автоматизации самых разнообразных процессов в промышленности, в научных исследованиях, в быту. Реализация этой предпо-сылки в значительной мере определялась возможностями устройств для получе-ния информации о регулируемом параметре или процессе, т.е. возможностями датчиков. Датчики, преобразуя измерительный параметр в выходной сигнал, который можно измерить и оценить количественно, стали как бы органами чувств современной техники.

Список литературы

1. http://DeviceSearch.ru›article/datchiki-temperatury.

2. http:// valcom.ru.

3. http://sensorica.ru.

Размещено на Allbest.ru