Σύγκριση των κοινών εξαρτημάτων μέτρησης θερμοκρασίας: θερμοστοιχεία, θερμικές αντιστάσεις (RTDs), θερμίστορ, τσιπ μέτρησης θερμοκρασίας

Υπάρχουν τέσσερα συστατικά μέτρησης της κοινής θερμοκρασίας: θερμοστοιχεία, θερμικές αντιστάσεις (RTDs), θερμίστορ και τσιπ μέτρησης θερμοκρασίας (ICS). Παρακάτω θα εισαγάγουμε τις αντίστοιχες αρχές και τα χαρακτηριστικά τους και θα συγκρίνουμε τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους.

Θερμοκοπή: Με βάση το φαινόμενο Seebeck, όταν δύο καλώδια που αποτελούνται από δύο διαφορετικά μέταλλα συνδέονται και στα δύο άκρα και το ένα άκρο θερμαίνεται, θα υπάρχει μια συνεχής ροή ρεύματος στο θερμοηλεκτρικό κύκλωμα. Θεωρητικά, οποιοσδήποτε δύο διαφορετικοί αγωγοί μπορούν να ρυθμιστούν σε θερμοστοιχεία, αλλά ως πρακτικά εξαρτήματα μέτρησης θερμοκρασίας, υλικά με σταθερές θερμοηλεκτρικές ιδιότητες, σταθερές φυσικές και χημικές ιδιότητες, συντελεστής θερμοκρασίας μικρού αντοχής, μικρή ειδική θερμότητα και υψηλή γραμμικότητα. Τα τυποποιημένα θερμοστοιχεία έχουν γενικά επτά τύπους: S, B, E, K, R, J και T. Οι αντίστοιχες κλίμακες μέτρησης θερμοκρασίας και οι καμπύλες θερμικής θερμοκρασίας είναι διαφορετικές. Για λεπτομέρειες, ελέγξτε τον αντίστοιχο πίνακα αποφοίτησης.

Θερμική αντίσταση (RTD): Η αντίσταση των μετάλλων δείχνει προφανή εξάρτηση από τη θερμοκρασία και η τιμή αντίστασης των αγωγών μετάλλων αλλάζει με τη θερμοκρασία. Τα περισσότερα RTD είναι κατασκευασμένα από καθαρά μεταλλικά υλικά. Η πλατίνα και ο χαλκός είναι τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα. Επιπλέον, χρησιμοποιούνται το νικέλιο, το μαγγάνιο, το ρόδιο και άλλα υλικά επειδή μπορούν να αντέξουν σε υψηλές θερμοκρασίες διατηρώντας παράλληλα εξαιρετική σταθερότητα. Οι αλλαγές στην αντίσταση διαφόρων καλωδίων, όπως οι οδηγοί του σώματος RTD, θα επηρεάσουν τη μέτρηση της θερμοκρασίας.

ΘΕΡΙΣΤΗΡΙΟ: Όπως οι RTDs, οι θερμίστορ είναι ευαίσθητοι στη θερμοκρασία αντιστάσεις. Οι θερμίστορ είναι συνήθως κατασκευασμένοι από υλικά ημιαγωγών και χωρίζονται σε θετικούς συντελεστές θερμοκρασίας (PTC) και αρνητικούς συντελεστές θερμοκρασίας (NTC). Οι περισσότεροι θερμοστάτες χρησιμοποιούν αρνητικούς συντελεστές θερμοκρασίας, δηλαδή, η αντίσταση τους μειώνεται καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία. Η τιμή αντίστασης του NTC μπορεί να αλλάξει κατά αρκετές ποσοστιαίες μονάδες ανά βαθμό Κελσίου, έτσι ώστε τα κυκλώματα θερμίστορ να μπορούν να ανιχνεύσουν μικρές αλλαγές στη θερμοκρασία, οι οποίες δεν μπορούν να παρατηρηθούν χρησιμοποιώντας κυκλώματα RTD ή θερμοστοιχείου. Η υψηλή αντίσταση των θερμίστων τους παρέχει μοναδικά πλεονεκτήματα μέτρησης.

Η τιμή της αυξημένης ευαισθησίας είναι η απώλεια της γραμμικότητας. Οι θερμίστορ είναι εξαιρετικά μη γραμμικά εξαρτήματα που εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τις παραμέτρους της διαδικασίας. Επί του παρόντος, οι κατασκευαστές δεν μπορούν να τυποποιήσουν τις καμπύλες θερμίστορ στο επίπεδο τυποποίησης των RTD και των θερμοστοιχείων. Επειδή είναι ημιαγωγοί, οι θερμίστορ είναι πιο ευαίσθητοι σε μόνιμη κακή ευθυγράμμιση σε υψηλές θερμοκρασίες από τις RTD ή τα θερμοστοιχεία. Οι θερμίστορ μπορούν να γίνουν πολύ μικροί, πράγμα που σημαίνει ότι θα ανταποκριθούν γρήγορα στις αλλαγές θερμοκρασίας, αλλά η μικρή θερμική τους μάζα τους καθιστά ιδιαίτερα ευαίσθητους σε σφάλματα αυτοθεραπείας. Τα θερμίστορ είναι πολύ πιο εύθραυστα από τα RTD ή τα θερμοστοιχεία και πρέπει να εγκατασταθούν προσεκτικά για να αποφευχθεί η διάσπαση ή ο διαχωρισμός σύνδεσης.

Chip μέτρησης θερμοκρασίας (IC): Είναι στην πραγματικότητα ένα προσαρμοσμένο έξυπνο στοιχείο που μπορεί να ρυθμιστεί με τάση ή ρεύμα εξόδου και μπορεί να επιτύχει μια έξοδο που είναι γραμμικά ανάλογη με την απόλυτη θερμοκρασία. Ωστόσο, όπως και τα θερμίστη, έχει περιορισμένο εύρος θερμοκρασίας, τα προβλήματα της αυτοθερμικής και της ευθραυστότητας είναι επίσης προφανή και πρέπει να διαθέτουν εξωτερική τροφοδοσία.