さまざまな温度センサーの長所と短所

多くの技術プロセスにおいて、最も重要な物理量の 1 つは温度です。産業界では、温度センサーが測定に使用されます。これらのセンサーは温度情報を電気信号に変換し、電子信号とオートメーションによって処理および解釈されます。その結果、温度値は単にディスプレイに表示されるか、または 1 つまたは別の機器の動作モードを自動的に変更するための基礎として機能します。

いずれにせよ、温度センサーは今日、特に産業において不可欠です。また、さまざまな種類の温度センサーの特徴を明確に理解し、目的に応じて適切なセンサーを選択することが重要です。それについては後で話します。

さまざまな目的に応じたさまざまなセンサー

技術的には、温度センサーは接触型と非接触型の 2 つの大きなグループに分類されます。非接触センサーは測定原理を利用しています。 赤外線パラメータ遠くの地表から来ています。

一方、より広く市場に流通している接触センサーは、温度を測定する過程でセンサー素子が温度を測定する表面または媒体に直接接触するという点で異なります。したがって、接触センサーを詳細に検査し、その種類や特性を比較し、さまざまな種類の温度センサーの長所と短所を評価することが最も適切です。

温度センサーを選択するとき、最初に行うことは、温度を測定する方法を決定することです。赤外線センサーは表面から離れた場所の温度を測定できるため、センサーとセンサーが照射される表面の間の雰囲気ができるだけ透明で清潔であることが基本的に重要です。そうでない場合は温度が低下します。データは歪んでしまいます (見てください - 装置稼働中の非接触温度測定).

接触センサーを使用すると、表面または接触している環境の温度を直接測定できるため、周囲の大気の清浄度は一般に重要ではありません。ここでは、センサーと試験材料間の直接かつ高品質な接触が重要です。

コンタクト プローブは、サーミスター、測温抵抗体、熱電対といったいくつかの技術のいずれかを使用して製造できます。各テクノロジーには長所と短所があります。

サーミスタは非常に感度が高く、価格は熱電対と測温抵抗体の中間ですが、精度と直線性は変わりません。

熱電対はより高価で、温度変化に対してより速く反応し、測定はサーミスターよりも線形になりますが、精度と感度は高くありません。

測温抵抗体は 3 つの中で最も正確で、線形ですが感度は低くなりますが、価格は熱電対より安価です。

さらに、センサーを選択するときは、測定温度の範囲に注意する必要があります。熱電対と抵抗温度計の場合、使用される感応素子の材質によって異なります。したがって、何らかの妥協点を見つける必要があります。

熱電対

温度センサー 熱電対 おかげで働ける ゼーベコフ効果… 異なる金属の 2 本のワイヤの一端がはんだ付けされています。これは熱電対のいわゆる熱接点であり、測定温度にさらされます。ワイヤの反対側では、端の温度は変化せず、この場所に高感度の電圧計が接続されています。

電圧計で測定される電圧は、熱接点と電圧計に接続されているワイヤの間の温度差によって異なります。熱電対は熱接点を形成する金属が異なり、これによって特定の熱電対センサーの測定温度範囲が決まります。

以下は、この種のさまざまなタイプのセンサーの表です。センサーの種類は、必要な温度範囲と環境の性質に応じて選択されます。

タイプ E センサーは、酸化環境または不活性環境での使用に適しています。タイプ J — 真空、不活性または還元環境での動作用。タイプ K — 酸化環境または中性環境に適しています。タイプ N — タイプ K と比較して耐用年数が長くなります。

T タイプセンサーは耐腐食性があるため、真空だけでなく湿った酸化、還元、不活性環境でも使用できます。 R (産業用) および S (実験室用) — タイプ — は、特殊なセラミック絶縁体または非金属チューブで保護する必要がある高温センサーです。タイプBはタイプR、Sよりもさらに高温になります。

熱電対センサーの利点は、高温での動作パラメーターの安定性と、熱接点温度の変化に対する相対的な応答速度です。このタイプのセンサーは、幅広い直径で提供されています。価格も安いです。

欠点としては、熱電対は精度が低く、測定電圧が非常に低いという特徴があり、さらに、これらのセンサーには常に補償回路が必要です。

測温抵抗体

測温抵抗体 レオスタット温度センサーは RTD と略されます。温度の変化に応じて金属の抵抗が変化する原理に基づいて動作します。使用金属：プラチナ(-200℃～+600℃)、ニッケル(-60℃～+180℃)、銅(-190℃～+150℃)、タングステン(-100℃～) °C ～ +1400°C) — 必要な測定温度範囲に応じて異なります。

プラチナは他の金属よりも抵抗温度計に使用されることが多く、かなり広い温度範囲が得られ、さまざまな感度のセンサーを選択できます。したがって、Pt100 センサーの抵抗は 0 °C で 100 オームであり、Pt1000 センサーの抵抗は同じ温度で 1 kオームです。つまり、Pt1000 センサーの方が感度が高く、より正確に温度を測定できます。

熱電対と比較して、測温抵抗体は精度が高く、パラメータがより安定しており、測定温度範囲が広いです。ただし、熱電対に比べて感度は低く、応答時間は長くなります。

サーミスタ

別のタイプの接触温度センサー — サーミスタ…温度によって抵抗が大きく変化する金属酸化物を使用しています。サーミスタには、PTC - PTC と NTC - NTC の 2 つのタイプがあります。

1 つ目では、特定の動作範囲で温度の上昇に伴って抵抗が増加し、2 つ目では、温度の上昇に伴って抵抗が減少します。サーミスタは、温度変化に対する応答が速く、コストが低いという特徴がありますが、非常に壊れやすく、同じ測温抵抗体や熱電対に比べて動作温度範囲が狭いです。

赤外線センサー

記事の冒頭で述べたように、赤外線センサーは、離れた表面、つまりターゲットから発せられる赤外線を解釈します。その利点は、温度測定が非接触で実行されることです。つまり、センサーを対象物にしっかりと押し付けたり、環境に浸したりする必要がありません。

温度変化に非常に迅速に反応するため、コンベア上などの移動する物体の表面の検査にも適しています。赤外線センサーを使用する場合のみ、たとえば、次のような場所にあるサンプルの温度を測定できます。オーブンまたは攻撃的なゾーンに直接入れてください。

赤外線センサーの欠点には、発熱面の状態、センサー自身の光学系の清浄度、およびセンサーとターゲットの間の経路内の雰囲気に敏感であることが含まれます。塵や煙は正確な測定を大きく妨げます。