Senzorika a senzorické soustavy Snímače teploty
Tato publikace vznikla jako součást projektu CZ.04.1.03/3.2.15.2/0285 „Inovace VŠ oborů strojního zaměření“, který je spolufinancován evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky 1
Snímače teploty Dotykové snímače
2
Normalizace • teplotní stupnice ITS-90 – The International Temperature Scale – definuje 17 teplotních bodů, které odpovídají rovnovážným stavům mezi fázemi pevných látek – definuje chemické složení, statické charakteristiky a třídy přesnosti vybraných typů snímačů – v ČR je stále možné se setkat se zařízeními, pracujícími podle EITS-68
3
Odporové snímače • kovové – platinové – niklové – měděné
• polovodičové – negastory – pozistory
4
Kovové odporové teploměry
R = R0 (1 + aJ )
• teplotní součinitel odporu α je základní materiálová konstanta • R0 je odpor při tzv. základní teplotě – obvykle 0°C
• u všech odporových snímačů je nezanedbatelný odpor připojovacích vodičů RV
5
Platinové odporové teploměry • tenký platinový drátek je – zataven do keramiky nebo skla – namotán na tenké slídové podložce
• pracovní rozsah – třída A od -200 do 650°C (±0,125°C) – třída B od -200 do 850°C (±0,25°C) – maximální teplota je omezena roztažností
• čistota platiny – ovlivňuje statickou charakteristiku • v EU se používá platina s W100=1,385 • v USA se používá platina s W100=1,391 (čistější) • pro metrologii se používá „ještě“ čistější 6
Platinové odporové teploměry • označování Pt – Pt100 – Pt500 – Pt1000
(100Ω při 0°C) (500Ω při 0°C) (1 000Ω při 0°C)
• připojení – dvouvodičové • vliv vedení se musí kompenzovat softwarově
– třívodičové • vliv vedení je částečně kompenzován
– čtyřvodičové • vliv vedení je kompenzován (téměř dokonale)
7
Niklové odporové teploměry • fotolitograficky nanesená vrstva na keramickém substrátu • pracovní rozsah – od -200 do 200°C
• značení – Ni1000, Ni5000, Ni10000
• vyrábí se v několika „čistotách“ – za názvem se uvádí čistota v „ppm“ • Ni1000 5000ppm
• výhody proti Pt teploměrům – nižší cena – vyšší citlivost – rychlá časová odezva 8
Měděné odporové teploměry • běžně se nevyrábějí, využití je hlavně pro měření oteplení cívek (aktuátory), snímačem je vlastní vynutí cívky – tzv. „přímé měření“ teploty motoru
9
Připojování odporových teploměrů – dvouvodičové • vliv vedení se musí kompenzovat softwarově
– třívodičové • vliv vedení je částečně kompenzován
– čtyřvodičové • vliv vedení je kompenzován (téměř dokonale) 10
Polovodičové snímače teploty • vyrábí se stejným nebo podobným způsobem jako integrované obvody – výhody • jednoduchá výroba snímač + elektronika v jednom pouzdru • velmi často jsou vyráběny jako „SMART“ snímače
– nevýhody • malý teplotní rozsah (-200 do 150°C) • velmi nelineární statické charakteristiky
• rozdělení – pozistory - s rostoucí teplotou odpor roste – negastory - s rostoucí teplotou odpor klesá – monokristalické snímače 11
NXP (Philips) • KTY – – – –
velmi levné snímače s nižší přesností vyrábí se v několika řadách a typech pouzder jsou bez elektroniky jsou vyráběny i dalšími výrobci např. Infineon
12
Dallas - Maxim – DS18xx
• „chytré snímače“ v několika provedeních • 1-wire digitální rozhraní - pomalejší čtení
– DS16xx - s I2C rozhraním – DS17xx – s 3-Wire digitálním rozhraním – analogové snímače
13
Další výrobci • Analog Device • Microchip • a další...
14
Termoelektické snímače teploty • Seebeckův jev – převod tepelné energie na elektrickou – získává se • u kovových ~0,001 až 0,05mV/°C • u polovodičů ~0,01 až 0,1mV/°C
• základní schéma
15
Referenční teplota kompenzace studeného konce TC • termočlánek měří teplotu relativně
16
Speciální typy snímačů • Krystalový snímač – rezonanční frekvence krystalového rezonátoru se s teplotou mění – mají velmi vysokou přesnost
• Dilatační snímače – skleněné • rtuťové, pentanové
– tlakové snímače – plynové a parní – dvojkovové snímače • bimetal
• akustické • teploměrné barvy 17
Snímače teploty Bezdotykové snímače
18
Bezdotykové snímače • infračervené záření – absorbce fotonů
• pyrometrické
19
výrobci • omega
20
