Современные датчики температуры

Литература по датчикам

В данном разделе представлены книги с описанием основных типов датчиков, применяемых в промышленности и в различных измерительных системах: контактные, оптико-электрические, оптические датчики положения, волоконно-оптические датчики и т. д. Даны метрологические характеристики измерительных преобразователей и их типовые структурные схемы. Для широкого круга специалистов, занимающихся разработкой измерительных систем различного назначения.

Все книги Вы можете скачать совершенно бесплатно.

______________________________________________________________________________________________________________________________________

Микромагнитоэлектроника.

В книге содержатся справочные сведения о наиболее известных типах изделий микромагнитоэлектроники.

Книга состоит из двадцати двух глав (9 - 31). В главах 9 – 25 приводятся основные параметры и характеристики наиболее известных изделий микромагнитоэлектроники, выпускаемых отечественными и зарубежными производителями. в том числе преобразователей магнитного поля, магниточувствительных и магнитоуправляемых ИС, датчиков положения, скорости вращения, угла поворота и угла наклона, датчиков тока и напряжения и др. Даны рисунки их общего вида, функциональные схемы и таблицы назначения выводов. В книге даны основные характеристики более чем на 2500 типономиналов изделий микромагнитоэлектроники.

В главе 26 рассмотрены характеристики некоторых типов постоянных магнитов, используемых в устройствах микромагнитоэлектроники.

В главе 27 приводятся сведения о бытовых и промышленных источниках магнитного поля, воздействующих на человека.

В главе 28 приводятся таблицы параметров и единиц, используемых отечественными и зарубежными специалистами, работающими в области микромагнитоэлектроники, а также таблицы для взаимного перевода некоторых величин.

В главах 29 и 30 даны ориентировочные цены на некоторые типы изделий и перечень более 200 зарубежных фирм, работающих в области создания изделий микромагнитоэлектроники.

В главе 31 дается перечень изделий, сведения о которых приведены в настоящем издании.

Приведенные в книге сведения справочного назначения не только иллюстрируют возможности изделий микромагнитоэлектроники, но и могут служить обобщенным информационным материалом для инженеров, занимающихся проектированием и обслуживанием автоматизированного оборудования и современной бытовой техники. Кроме того, эта информация, дает возможность российским специалистам применять зарубежные изделия микромагнитоэлектроники для решения технических задач.

Книга рассчитана на подготовленного читателя, а потому содержит минимум теоретических материалов.

В издании более 1200 иллюстраций, свыше 100 схем включения изделий микромагнитоэлектроники в составе узлов и приборов различного назначения. Некоторые примеры практического применения изделий и электрические схемы приводятся без объяснений.

______________________________________________________________________________________________________________________

Справочник по современным датчикам можно назвать настольной книгой исследователя в любой области естествознания, поскольку в нем изложены физические принципы, методы разработки и варианты практического использования широкого спектра датчиков в самых разнообразных областях применений. Книга издана на английском языке уже третий раз, и это не случайно, поскольку любая современная система измерений не обходится без применения датчиков, которые являются «переводчиками» окружающей аналоговой природы на язык цифровой техники, т.е. можно сказать, что датчики являются «глазами, ушами и носами» кремниевых кристаллов. Книга разбита по главам в соответствии с предназначением той или иной группы датчиков: такие названия как датчики температуры, датчики давления и т.д. говорят сами за себя. Такая организация справочника делает его очень удобным для чтения. Последнее третье издание дополнено описанием датчиков, реализованных по самым современным технологиям. Речь идет об электромеханических микродатчиках (MEMS) и об электрооптомеханических микросистемах (МЕОМS), без которых был бы невозможен такой резкий прогресс в областях беспроводных систем телекоммуникации и отдельных областях медицины и техники, наблюдаемый в последние годы.

Автор книги – президент Advanced Monitors Corp. производителя медицинских датчиков и средств мониторинга, имеет ученую степень доктора физических наук в области медицинской электроники, а также свыше 30 патентов. Все это позволило ему простым языком (Jacob Fraden придерживается принципа Эйнштейна, что физику надо объяснять так, чтобы она стала понятной даже официанткам) изложить достаточно сложный материал, нисколько не жертвуя его глубиной.

скачать книгу бесплатно

______________________________________________________________________________________________________________________________________

В учебнике-монографии изложены многие недавно сформировавшиеся или обновившиеся направления сенсорики, включая измерительную микромеханику, датчики на ПАВах, оптические, ионизационные и магнитные, химические микросенсоры, оптико-волоконные и интеллектуальные измерительные системы, расходометрию для нестационарных

скачать книгу бесплатно

______________________________________________________________________________________________________________________________________

В популярной форме описаны основные типы датчиков, применяемых в различных измерительных системах: контактные, оптико-электрические, оптические, волоконно-оптические. Даны метрологические характеристики измерительных преобразователей и их типовые структурные схемы. Для широкого круга читателей, занимающихся разработкой измерительных систем различного назначения.

скачать книгу бесплатно

______________________________________________________________________________________________________________________________________

Рассматриваются различные типы датчиков, их устройство, классификация по принципу действия и сферам применения. Описываются схемы сопряжения датчиков с микро-ЭВМ. Эта книга предназначена для любителей, интересующихся электроникой, внедрением простых, надежных и экономичных автоматизированных систем во всех областях жизни.

Часть 1: скачать книгу бесплатно

Часть 2: скачать книгу бесплатно

______________________________________________________________________________________________________________________________________

В книге приведены классификация и алгоритмы восприятия физических величин и формирование измерительных сигналов в датчиках. Раскрыты понятия многомерных, многофункциональных и многоступенчатых дачиков. Даны сведения о биологических датчиках. Расмотрены основы и возможности микроэлектронной технологии изготовления датчиков.

скачать книгу бесплатно

______________________________________________________________________________________________________________________________________

Тема: Современные датчики температуры (отечественного производства)

Министерство образования и науки Российской Федерации

Заключение

Список использованных источников

Когда учёный думает над проблемой, он задаёт вопрос, - «Почему?»

Когда инженер решает задачу, он спрашивает, - «А почему нет?»

Большинство технологических процессов идёт 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-ми контрольных (измерительных) точек, а крупное химпроизводство, насчитывает таких уже около 20 тыс.

Так как диапазон измерений и их условия могут сильно отличаться 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 приёма-передачи), легко обрабатывать (высокая точность измерений) и, наконец, быстродействие [1, 2].

Датчик - это устройство, воспринимающее сигналы и внешние воздействия и реагирующее на них.

Датчик температуры (преобразователь температуры) - это контрольно-измерительный прибор, который сообщает о том, какая температура в системе, которую он контролирует. При этом, значение температуры определяется с помощью электрического сигнала на выходе или при использовании термосопротивления, прибора с переменным сопротивлением, которое может изменяется пропорционально изменению температуры.

Датчик температуры отличается по действию от термостата, в котором сигнал подаётся только после достижения определённой температуры.

Датчик (преобразователь) температуры также иногда называют термометром сопротивления. Принцип действия основан на измерении платинового или медного калиброванного сопротивления.

Градуировкой преобразователя называют саму зависимость сопротивления датчика от температуры. В настоящий момент в промышленности наиболее используемыми градуировками являются 50 П, 100 П, 50 М, 100 М. Опытным путём установлено, что наиболее точные результаты при измерении дают те температурные датчики, которые сделаны путём платинового напыления на керамику или из платиновой проволоки [3].

Среди производителей датчиков температуры конкуренция довольно жёсткая. В данном сегменте превалируют иностранные производители. Российские компании успешно конкурируют в данном сегменте (основным конкурентным преимуществом является цена) - «Элемер», «Овен», ЗАО НПК «Эталон», ООО НПО «Вакууммаш», ОАО «Владимирский завод "Эталон"» [4].

1. Датчики температуры

.1 Классификация по среде передачи сигналов

Температурные датчики можно разделить на бесконтактные датчики температуры и контактные датчики температуры.

Первые применяют принцип измерения мощности инфракрасного излучения, которое идёт от любого объекта (будь он холодный или горячий). Бесконтактные датчики температуры используются в тех отраслях, где затруднён доступ к измеряемым деталям или при необходимости измерения высоких температур - от 1500 до 3000 °С.

Некоторые модели таких бесконтактных датчиков специально разработаны для измерения температуры прозрачных объектов - плёнки и стекла, существуют датчики для работы в пыльной или задымлённой среде.

Контактные датчики температуры представлены, в основном, термопарами и термосопротивлением. Данный способ измерения температуры основан на том, что различные металлы и полупроводники изменяют своё электрическое сопротивление с изменением температуры, вследствие чего, передаётся электрический сигнал.

Как частный случай, следует отметить кремниевые датчики температуры. Принцип их работы основан на способности кремния, как полупроводника, изменять собственное электрическое сопротивление вследствие изменения температуры. Такие датчики температуры, как правило, снабжаются дополнительными схемами усиления и обработки сигнала, что позволяет подключить такой датчик температуры напрямую к компьютеру [3, 5].

1.2 Классификация по типу действия

Датчики температуры также различают по типу действия:

терморезистивные термодатчики;

полупроводниковые;

термоэлектрические (термопары);

пирометры;

акустические;

пьезоэлектрические.

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 своё сопротивление в зависимости от температуры окружающей среды.

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

В зависимости от материалов, используемых для производства терморезистивных датчиков, различают:

) резистивные детекторы температуры (РДТ). Эти датчики состоят из металла, чаще всего платины. В принципе, любой металл изменяет своё 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.

) кремниевые резистивные датчики. Преимущества этих датчиков - хорошая линейность и высокая долговременная стабильность. Также эти датчики могут встраиваться прямо в микроструктуры.

) термисторы. Эти датчики изготавливаются из металл-оксидных соединений. Датчики измеряют только абсолютную температуру. Существенными недостатками термисторов являются необходимость их калибровки и большая нелинейность, а также старение, однако, при проведении всех необходимых настроек могут использоваться для прецизионных измерений.

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) даёт 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. Всё это делает полупроводниковые датчики очень востребованными.

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.

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) удалён от измеряемой среды с помощью удлиняющего провода. Одним из недостатков термопары является достаточно большая погрешность. Наиболее распространённым способом применения термопар являются электронные термометры.

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:

) 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.

) 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.

) 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.

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 приёмника акустических волн (пространственно разнесённых). Излучатель испускает сигнал, который проходит через исследуемую среду, в зависимости от температуры скорость сигнала меняется, и приёмник после получения сигнала считает эту скорость.

Используются для определения температур, которые нельзя измерить контактными методами. Также применяются в медицине для неинвазивного (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 влечёт искажение измерения глубинной температуры. Кроме того, могут возникать отражения на границе «датчик-тело», что также способно вызывать погрешности.

В пьезоэлектрических датчиках главным элементом является кварцевый пьезорезонатор. Как известно пьезоматериал изменяет свои размеры при воздействии тока (прямой пьезоэффект). На этот пьезоматериал попеременно передаётся 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 [1, 6].

1.3 Применение

Датчики температуры используются для контроля температуры воздуха в помещениях, например, в хранилищах.

В котельных датчик следит за тем, чтобы температура пара (газа) или жидкости (вода, масло и др.) поддерживалась постоянной, для обеспечения безопасности и комфорта.

В гидравлике заданная температура жидкости или масла поддерживается для обеспечения эффективности работы оборудования.

А также во многих других отраслях промышленности, основным производственным фактором является температура.

Отдельно следует отметить такой вид оборудования, как искробезопасный (взрывозащищённый) датчик (преобразователь) температуры. Такие датчики не дают искры, которая может воспламенить вещество, температура которого измеряется данным взрывозащищенным датчиком [3].

2. Обзор современных датчиков температуры отечественного производства

.1 Датчик ДТПS021

Тип датчика: параметрический.

Рисунок 2.1 - Внешний вид датчика ДТПS021

Производитель: Овен, Россия.

Датчики температуры

Общая характеристика датчиков температуры

Датчики температуры, или термодатчики, выпускаются различных типов. Вот их основные виды:

• Терморезистивные датчики
• Датчики на основе термопары
• Термисторные датчики температуры
• Тонкопленочные платиновые датчики
• Волоконно-оптические датчики температуры (оценивают распределение температуры по длине волоконно-оптического кабеля, помещенного в анализируемую среду)
• Пирометры (бесконтактные датчики температуры): оптические и инфракрасные.

Современные датчики температуры промышленного назначения имеют цифровой выход, встроенные или дополнительные преобразователи, индикаторы или дисплеи, что позволяет точно регулировать температуру с помощью системы управления, установленной на удалении. Инфракрасные датчики позволяют контролировать высокотемпературные режимы дистанционно, а датчики такого вида в прочных, коррозионно-стойких корпусах (например, из нержавеющей стали) дают возможность регулировать температуру агрессивных сред, что обусловило их широкое применение химической промышленности.