Conocimiento y Selección de Sensores de Temperatura
(1) Conceptos básicos de medición de temperatura.
1. Definición de temperatura:
La temperatura es una cantidad física que representa el grado de calor o frío de un objeto. La temperatura sólo se puede medir indirectamente a través de ciertas características de un objeto que cambian con la temperatura, y la escala utilizada para medir el valor de temperatura de un objeto se llama escala de temperatura. Especifica el punto de partida para las lecturas de temperatura (punto cero) y la unidad básica para medir la temperatura. Actualmente, las escalas de temperatura más utilizadas en el mundo incluyen la escala de temperatura Fahrenheit, la escala de temperatura Celsius, la escala de temperatura termodinámica y la Escala de Temperatura Práctica Internacional.
La escala de temperatura Celsius (℃) estipula que bajo presión atmosférica estándar, el punto de fusión del hielo es 0 grados y el punto de ebullición del agua es 100 grados. Divídalo en 100 partes iguales por la mitad, cada una dividida en 1 grado Celsius, y el símbolo es ℃.
La escala de temperatura Fahrenheit (℉) estipula que a la presión atmosférica estándar, el punto de fusión del hielo es de 32 grados y el punto de ebullición del agua es de 212 grados. Divide 180 partes iguales por la mitad, cada parte igual es 1 grado Fahrenheit y el símbolo es ℉.
La escala de temperatura termodinámica (símbolo T) también se llama escala de temperatura Kelvin (símbolo K), o escala de temperatura absoluta, que estipula que la temperatura cuando se detiene el movimiento molecular es cero absoluto.
Escala de temperatura internacional: la escala de temperatura práctica internacional es una escala de temperatura acordada internacionalmente que se acerca a la escala de temperatura termodinámica, tiene una alta precisión de reproducción y es fácil de usar. La escala de temperatura actual aceptada internacionalmente es la "Escala de temperatura práctica internacional de 1968 - Edición revisada de 1975" adoptada por la 15ª Conferencia Internacional sobre Temperatura en 1975, registrada como: IPTS-68 (REV-75). Sin embargo, debido a ciertas imprecisiones en la temperatura IPTS-68, el Comité Internacional de Pesas y Medidas autorizó a la reunión de 1989 a adoptar la ITS-90 Internacional de 1990 en la Resolución No. 7 de la 18ª Conferencia Internacional sobre Pesas y Medidas. La escala de temperatura ITS-90 reemplaza a la IPS-68. mi país ha implementado plenamente la escala internacional de temperatura ITS-90 desde el 1 de enero de 1994.
Escala Internacional de Temperatura de 1990:
a.Unidad de temperatura: La temperatura termodinámica es una cantidad física básica. Su unidad es el Kelvin, que se define como 1/273,16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua. La diferencia con 273,15 K (punto de congelación) se utiliza para expresar la temperatura, por lo que aún se conserva este método. Por definición, la magnitud de Celsius es igual a Kelvin y las diferencias de temperatura también se pueden expresar en grados Celsius o Kelvin. La Escala Internacional de Temperatura ITS-90 define tanto la temperatura internacional en Kelvin (símbolo T90) como la temperatura internacional en Celsius (símbolo t90).
b. Principios generales de la Escala Internacional de Temperatura ITS-90: La ITS-90 va desde 0,65 K hacia arriba hasta la temperatura más alta que realmente se puede medir utilizando radiación monocromática según la ley de radiación de Planck. ITS-90 está formulado de tal manera que es la mejor estimación de T a cualquier temperatura en todo el rango. En comparación con la medición directa de la temperatura termodinámica, la medición T90 es mucho más conveniente, más precisa y tiene una alta reproducibilidad.
C. Definición de ITS-90:
La primera zona de temperatura está entre 0,65 K y 5,00 K. T90 se define por la relación entre la presión de vapor y la temperatura de 3He y 4He.
La segunda zona de temperatura está definida por el termómetro de gas helio entre 3,0 K y el punto triple del neón (24,5661 K).
La tercera zona de temperatura se encuentra entre el punto triple del hidrógeno (13,8033 K) y el punto de congelación de la plata (961,78 ℃). T90 está definido por un termómetro de resistencia de platino. Se escala utilizando un conjunto prescrito de interpolaciones definidas. En la zona de temperatura por encima del punto de congelación de la plata (961,78°C), el T90 se define según la ley de radiación de Planck y el instrumento de reproducción es un pirómetro óptico.
(2.) Clasificación de instrumentos de medición de temperatura.
Los instrumentos de medición de temperatura se pueden dividir en dos categorías: tipo de contacto y tipo sin contacto según el método de medición de temperatura. En términos generales, los instrumentos de medición de temperatura por contacto son relativamente simples, confiables y tienen una alta precisión de medición. Sin embargo, dado que el elemento de medición de temperatura y el medio a medir requieren suficiente comunicación térmica, se necesita una cierta cantidad de tiempo para alcanzar el equilibrio térmico, por lo que hay un retraso en la medición de la temperatura y también está limitado por materiales resistentes a altas temperaturas. No se puede utilizar para mediciones de temperaturas muy altas. La medición de temperatura con instrumentos sin contacto mide la temperatura mediante el principio de radiación térmica. No es necesario que el elemento de medición esté en contacto con el medio medido, tiene un amplio rango de medición de temperatura, no está restringido por el límite superior de medición de temperatura y no destruirá el campo de temperatura del objeto medido. La velocidad de reacción es generalmente más rápida. Sin embargo, debido a la influencia de factores externos como la emisividad del objeto, la distancia de medición, el humo, el polvo y el vapor de agua, el error de medición es grande.
(3.) Selección de sensores
La norma nacional GB7665-87 define un sensor como: "un dispositivo o dispositivo que puede detectar el valor medido especificado y convertirlo en una señal utilizable de acuerdo con ciertas reglas. Generalmente se compone de un elemento sensible y un elemento de conversión". Un sensor es un dispositivo de detección que puede detectar la información medida y convertir la información detectada en señales eléctricas u otras formas requeridas de salida de información de acuerdo con ciertas reglas. Cumplir con los requisitos de transmisión, procesamiento, almacenamiento, visualización, registro y control de la información. Es el enlace principal para realizar la detección y el control automáticos.
(1) Los sensores modernos varían mucho en principio y estructura. Cómo seleccionar razonablemente los sensores de acuerdo con el propósito específico de la medición, el objeto de medición y el entorno de medición es el primer problema que se debe resolver al medir una determinada cantidad. Una vez determinado el sensor, también se pueden determinar los métodos de medición y el equipo de medición correspondientes. El éxito o el fracaso de los resultados de la medición depende en gran medida de si la selección del sensor es razonable.
1. Determine el tipo de sensor según el objeto de medición y el entorno de medición: para realizar un trabajo de medición específico, primero debe considerar qué principio utiliza el sensor, que solo se puede determinar después de analizar muchos factores. Porque, incluso si se mide la misma magnitud física, existen sensores con múltiples principios para elegir. ¿Qué principio de sensor es más adecuado? Debe considerar las siguientes cuestiones específicas en función de las características del objeto medido y las condiciones de uso del sensor: el tamaño del rango de medición, los requisitos de volumen del sensor en la ubicación medida. El método de medición es con contacto o sin contacto; el método de extracción de señal es medición por cable o sin contacto; la fuente del sensor es importada o nacional, y si el precio es aceptable o de desarrollo propio.
2. Selección de sensibilidad: Generalmente, dentro del rango lineal del sensor, se espera que cuanto mayor sea la sensibilidad del sensor, mejor, porque solo cuando la sensibilidad es alta, la señal de salida correspondiente al cambio medido será relativamente Grande, lo que favorece el procesamiento de señales. Sin embargo, cabe señalar que el sensor tiene una alta sensibilidad y el ruido externo no relacionado con la medición se mezcla fácilmente y será amplificado por el sistema de amplificación, lo que afectará la precisión de la medición. Por lo tanto, se requiere que el sensor en sí tenga una alta relación señal-ruido para minimizar las señales preocupantes de fábrica introducidas desde el mundo exterior. La sensibilidad del sensor es direccional. Cuando el vector medido es un vector único y sus requisitos de directividad son altos, se deben seleccionar sensores con menor sensibilidad en otras direcciones. Si el valor medido es un vector multidimensional, la sensibilidad cruzada del sensor debe ser lo más pequeña posible.
3. Características de respuesta de frecuencia: Las características de respuesta de frecuencia del sensor determinan el rango de frecuencia que se medirá y las condiciones de medición sin distorsión deben mantenerse dentro del rango de frecuencia permitido. De hecho, siempre hay un cierto retraso en la respuesta del sensor y esperamos que el retraso sea lo más breve posible. La respuesta de frecuencia del sensor es alta y el rango de frecuencia de la señal medible es amplio. Debido a la influencia de las características estructurales, la inercia del sistema mecánico es grande y la frecuencia de la señal medible del sensor de baja frecuencia es baja. En la medición dinámica, las características de respuesta deben basarse en las características de la señal (estado estacionario, aleatoria, etc.) para evitar errores excesivos.
4. Rango lineal: El rango lineal del sensor se refiere al rango en el que la salida es proporcional a la entrada. En teoría, dentro de este rango la sensibilidad permanece constante: cuanto más amplio sea el rango lineal del sensor, mayor será su rango de medición y se puede garantizar una cierta precisión de medición. Al seleccionar un sensor, después de determinar el tipo de sensor, primero debe verificar si su rango de medición cumple con los requisitos. Pero, de hecho, ningún sensor puede garantizar una linealidad absoluta, y su linealidad también es relativa. Cuando la precisión de medición requerida es relativamente baja, un sensor con un pequeño error no lineal puede considerarse aproximadamente lineal dentro de un cierto rango, lo que brindará una gran comodidad a la medición.
5. Estabilidad: La capacidad de un sensor para mantener su rendimiento sin cambios después de haber sido utilizado durante un período de tiempo se llama estabilidad. Además de la estructura del sensor en sí, los factores que afectan la estabilidad a largo plazo del sensor son principalmente el entorno en el que se utiliza el sensor. Por lo tanto, para que el sensor tenga una buena estabilidad, el sensor debe tener una gran adaptabilidad ambiental. Antes de seleccionar un sensor, se debe investigar su entorno de uso y seleccionar los sensores apropiados de acuerdo con el entorno de uso específico, o se deben tomar medidas adecuadas para reducir el impacto ambiental. En algunas situaciones en las que es necesario utilizar el sensor durante mucho tiempo y puede reemplazarse o calibrarse fácilmente, los requisitos de estabilidad del sensor seleccionado son más estrictos y deben poder resistir pruebas de largo tiempo.
6. Precisión: La precisión es un indicador importante del rendimiento del sensor y es un vínculo importante relacionado con la precisión de la medición de todo el sistema de medición. Cuanto mayor sea la precisión del sensor, más caro será. Por lo tanto, la precisión del sensor solo necesita cumplir con los requisitos de precisión de todo el sistema de medición y no es necesario seleccionarla demasiado alta. Esto permite elegir un sensor más barato y sencillo entre muchos que satisfacen la misma medida. Si el propósito de la medición es el análisis cualitativo, basta con elegir un sensor con una alta precisión de repetibilidad, pero no es adecuado elegir un sensor con una alta precisión de valor absoluto. Si es para análisis cuantitativo y es necesario obtener valores de medición precisos, es necesario seleccionar un sensor con un nivel de precisión que cumpla con los requisitos. Para algunas ocasiones de uso especial, si no se puede seleccionar un sensor adecuado, el sensor debe ser diseñado y fabricado por uno mismo. El rendimiento del sensor de fabricación propia debe cumplir con los requisitos de uso.
Precisión de la sonda del sensor de temperatura digital 0,5%
(2) Termómetro:
1. Resistencia térmica: La resistencia térmica es el detector de temperatura más utilizado en zonas de media y baja temperatura. Sus características principales son una alta precisión de medición y un rendimiento estable. Entre ellos, la precisión de medición de la resistencia térmica del platino es la más alta. No se utiliza mucho en la medición de temperatura industrial y se convierte en un instrumento de referencia estándar.
① Principio y materiales de medición de temperatura de resistencia térmica: La medición de temperatura de resistencia térmica se basa en la característica de que el valor de resistencia de un conductor metálico aumenta con el aumento de la temperatura para medir la temperatura. Las resistencias térmicas están hechas en su mayoría de materiales metálicos, los más utilizados son el platino y el cobre, además se han utilizado rodio, níquel, manganeso y otros materiales para fabricar resistencias térmicas.
② Composición del sistema de medición de temperatura de resistencia térmica: El sistema de medición de temperatura de resistencia térmica generalmente consta de una resistencia térmica, cables de conexión y un medidor digital de control de temperatura. Se deben tener en cuenta dos puntos: "Los números de graduación de la resistencia térmica y el medidor digital de control de temperatura deben ser consistentes; para eliminar la influencia de los cambios en la resistencia de los cables de conexión, se debe adoptar un método de conexión de tres cables. "
2. Termistor: El termistor NTC tiene las características de tamaño pequeño, alta precisión de prueba, velocidad de respuesta rápida, estabilidad y confiabilidad, antienvejecimiento, intercambiabilidad y buena consistencia. Ampliamente utilizado en aire acondicionado, equipos de calefacción, termómetros electrónicos, sensores de nivel de líquidos, electrónica automotriz, calendarios electrónicos de escritorio y otros campos.
3. Termopar: El termopar es uno de los componentes de detección de temperatura más utilizados en la industria. Las ventajas son:
① Alta precisión de medición. Debido a que el termopar está en contacto directo con el objeto que se mide, no se ve afectado por el medio intermedio.
②Amplio rango de medición. Los termopares de uso común pueden medir continuamente de -50 a +1600 °C. Algunos termopares especiales tienen una temperatura mínima de -269 ℃ (como el oro, hierro, níquel y cromo) y una temperatura máxima de +2800 ℃ (como el tungsteno-renio).
③ Estructura simple y fácil de usar. Los termopares suelen estar compuestos por dos cables metálicos diferentes y no están limitados por el tamaño ni la apertura. Hay una funda protectora en el exterior, que es muy cómoda de usar.
(1). Principios básicos de la medición de temperatura por termopar.
Soldar dos conductores o semiconductores A y B de diferentes materiales para formar un circuito cerrado. Cuando hay una diferencia de temperatura entre los dos puntos de unión 1 y 2 de los conductores A y B, se genera una fuerza electromotriz entre ambos, formándose así una gran corriente en el bucle, fenómeno que se denomina efecto termoeléctrico. Los termopares aprovechan este efecto para funcionar.
(2). Tipos de termopares
Los termopares de uso común se pueden dividir en dos categorías: termopares estándar y termopares no estándar.
Los termopares estándar se refieren a termopares cuyos estándares nacionales estipulan la relación entre el potencial termoeléctrico y la temperatura, los errores permitidos y tienen una escala estándar unificada y cuentan con instrumentos de visualización correspondientes para su selección.
Los termopares no estandarizados son inferiores a los termopares estandarizados en términos de rango o magnitud de uso, generalmente no existe una tabla de graduación unificada y se utilizan principalmente para mediciones en determinadas ocasiones especiales.
Desde el 1 de enero de 1988, en mi país, todos los termopares y resistencias térmicas se fabrican de acuerdo con las normas internacionales IEC. Y designé siete tipos de termopares estandarizados, S, B, E, K, R, J y T, como termopares de diseño unificado de mi país.
(3). Compensación de temperatura de la unión fría del termopar
Dado que los materiales de los termopares son generalmente relativamente caros (especialmente cuando se utilizan metales preciosos), la distancia entre el punto de medición de temperatura y el instrumento es muy grande. Para ahorrar materiales de termopar y reducir costos, generalmente se usan cables de compensación para extender el extremo frío (extremo libre) del termopar hasta la sala de control donde la temperatura es relativamente estable y conectarlo a los terminales del instrumento. Cabe señalar que la función del cable de compensación del termopar es únicamente extender el electrodo caliente para que el extremo frío del termopar se mueva hacia los terminales del instrumento en la sala de control. Por sí solo no puede eliminar la influencia de los cambios de temperatura del extremo frío en la medición de temperatura y no tiene un efecto de compensación. Por lo tanto, es necesario utilizar otros métodos de corrección para compensar el impacto en la medición de la temperatura cuando la temperatura del extremo frío t0≠0℃. Cuando utilice el cable de compensación del termopar, debe prestar atención al modelo correspondiente, la polaridad no puede ser incorrecta y la temperatura del cable de compensación y el extremo de la conexión del termopar no puede exceder los 100 °C.
Cuarto, los ocho principales avances de mi país en el campo del control de temperatura.
La instrumentación de mi país ha seguido el ritmo del desarrollo internacional en términos de miniaturización, digitalización, inteligencia, integración y creación de redes, y ha logrado avances significativos en el desarrollo, la investigación y la industrialización de piezas con derechos de propiedad intelectual independientes. Entre ellos, los principales avances científicos y tecnológicos dignos de mención incluyen principalmente los siguientes ocho aspectos:
1. Los instrumentos y sistemas avanzados de automatización industrial han logrado la modularización y la integración digital total, cumpliendo con los requisitos de industrialización. Se utiliza ampliamente en acero, electricidad, carbón, productos químicos, petróleo, transporte, construcción, defensa nacional, alimentos, medicinas, agricultura, protección ambiental y otros campos, dando un paso sólido hacia tener derechos de propiedad intelectual independientes.
2. Se ha mejorado enormemente el nivel de investigación e industrialización de los instrumentos de prueba en serie inteligentes y los sistemas de prueba automáticos. Ha establecido sistemas de prueba automáticos para diversas industrias, como pruebas aeroespaciales, pruebas de productos electromecánicos, pruebas de electrodomésticos, monitoreo de terremotos, detección meteorológica y monitoreo ambiental. El nivel general alcanza
al nivel de los productos extranjeros avanzados, pero el precio es significativamente más bajo que el de los productos extranjeros.
3. El exitoso desarrollo y producción en masa de analizadores de redes vectoriales de ondas milimétricas y microondas marca que mi país se ha convertido en el segundo país del mundo después de los Estados Unidos en producir instrumentos de tan alta precisión.
4. Investigar y desarrollar instrumentos de medida y control nanométricos y microinstrumentos con características propias.Es líder mundial en la preparación direccional de nanotubos de carbono y la detección de estructura y propiedades físicas.
5. Completar el estándar cuántico eléctrico completo y el dispositivo estándar nacional de energía eléctrica 1,5 × 10-5, lo que sitúa los estándares de medición eléctrica de mi país en el nivel internacionalmente avanzado.
6. Realizar investigaciones sobre instrumentos científicos con derechos de propiedad intelectual independientes y mejorar el nivel general de los instrumentos científicos en nuestro país.
7. Estableció un mecanismo de desarrollo que combina la industria, la academia y la investigación, y la cooperación nacional y extranjera, y amplió los campos de aplicación de instrumentos científicos, como el desarrollo exitoso de instrumentos espectroscópicos para documentos aduaneros contra la falsificación. Después de ser promovido por las aduanas de todo el país, se han incautado un total de 54 mil millones de yuanes en billetes falsificados, ahorrando al país enormes pérdidas económicas. La cuota de mercado de los instrumentos científicos nacionales aumentó del 13% durante el Octavo Plan Quinquenal al 25% al final del Noveno Plan Quinquenal.
8. El sistema de tratamiento de tumores con ultrasonido focalizado de alta intensidad se desarrolló y produjo con éxito en masa. Los instrumentos médicos de ultrasonido tienen ventajas líderes a nivel internacional en el tratamiento de tumores no invasivos.
1. Definición de temperatura:
La temperatura es una cantidad física que representa el grado de calor o frío de un objeto. La temperatura sólo se puede medir indirectamente a través de ciertas características de un objeto que cambian con la temperatura, y la escala utilizada para medir el valor de temperatura de un objeto se llama escala de temperatura. Especifica el punto de partida para las lecturas de temperatura (punto cero) y la unidad básica para medir la temperatura. Actualmente, las escalas de temperatura más utilizadas en el mundo incluyen la escala de temperatura Fahrenheit, la escala de temperatura Celsius, la escala de temperatura termodinámica y la Escala de Temperatura Práctica Internacional.
La escala de temperatura Fahrenheit (℉) estipula que a la presión atmosférica estándar, el punto de fusión del hielo es de 32 grados y el punto de ebullición del agua es de 212 grados. Divide 180 partes iguales por la mitad, cada parte igual es 1 grado Fahrenheit y el símbolo es ℉.
La escala de temperatura termodinámica (símbolo T) también se llama escala de temperatura Kelvin (símbolo K), o escala de temperatura absoluta, que estipula que la temperatura cuando se detiene el movimiento molecular es cero absoluto.
Escala de temperatura internacional: la escala de temperatura práctica internacional es una escala de temperatura acordada internacionalmente que se acerca a la escala de temperatura termodinámica, tiene una alta precisión de reproducción y es fácil de usar. La escala de temperatura actual aceptada internacionalmente es la "Escala de temperatura práctica internacional de 1968 - Edición revisada de 1975" adoptada por la 15ª Conferencia Internacional sobre Temperatura en 1975, registrada como: IPTS-68 (REV-75). Sin embargo, debido a ciertas imprecisiones en la temperatura IPTS-68, el Comité Internacional de Pesas y Medidas autorizó a la reunión de 1989 a adoptar la ITS-90 Internacional de 1990 en la Resolución No. 7 de la 18ª Conferencia Internacional sobre Pesas y Medidas. La escala de temperatura ITS-90 reemplaza a la IPS-68. mi país ha implementado plenamente la escala internacional de temperatura ITS-90 desde el 1 de enero de 1994.
Escala Internacional de Temperatura de 1990:
b. Principios generales de la Escala Internacional de Temperatura ITS-90: La ITS-90 va desde 0,65 K hacia arriba hasta la temperatura más alta que realmente se puede medir utilizando radiación monocromática según la ley de radiación de Planck. ITS-90 está formulado de tal manera que es la mejor estimación de T a cualquier temperatura en todo el rango. En comparación con la medición directa de la temperatura termodinámica, la medición T90 es mucho más conveniente, más precisa y tiene una alta reproducibilidad.
C. Definición de ITS-90:
La primera zona de temperatura está entre 0,65 K y 5,00 K. T90 se define por la relación entre la presión de vapor y la temperatura de 3He y 4He.
La segunda zona de temperatura está definida por el termómetro de gas helio entre 3,0 K y el punto triple del neón (24,5661 K).
La tercera zona de temperatura se encuentra entre el punto triple del hidrógeno (13,8033 K) y el punto de congelación de la plata (961,78 ℃). T90 está definido por un termómetro de resistencia de platino. Se escala utilizando un conjunto prescrito de interpolaciones definidas. En la zona de temperatura por encima del punto de congelación de la plata (961,78°C), el T90 se define según la ley de radiación de Planck y el instrumento de reproducción es un pirómetro óptico.
(2.) Clasificación de instrumentos de medición de temperatura.
Los instrumentos de medición de temperatura se pueden dividir en dos categorías: tipo de contacto y tipo sin contacto según el método de medición de temperatura. En términos generales, los instrumentos de medición de temperatura por contacto son relativamente simples, confiables y tienen una alta precisión de medición. Sin embargo, dado que el elemento de medición de temperatura y el medio a medir requieren suficiente comunicación térmica, se necesita una cierta cantidad de tiempo para alcanzar el equilibrio térmico, por lo que hay un retraso en la medición de la temperatura y también está limitado por materiales resistentes a altas temperaturas. No se puede utilizar para mediciones de temperaturas muy altas. La medición de temperatura con instrumentos sin contacto mide la temperatura mediante el principio de radiación térmica. No es necesario que el elemento de medición esté en contacto con el medio medido, tiene un amplio rango de medición de temperatura, no está restringido por el límite superior de medición de temperatura y no destruirá el campo de temperatura del objeto medido. La velocidad de reacción es generalmente más rápida. Sin embargo, debido a la influencia de factores externos como la emisividad del objeto, la distancia de medición, el humo, el polvo y el vapor de agua, el error de medición es grande.
(3.) Selección de sensores
La norma nacional GB7665-87 define un sensor como: "un dispositivo o dispositivo que puede detectar el valor medido especificado y convertirlo en una señal utilizable de acuerdo con ciertas reglas. Generalmente se compone de un elemento sensible y un elemento de conversión". Un sensor es un dispositivo de detección que puede detectar la información medida y convertir la información detectada en señales eléctricas u otras formas requeridas de salida de información de acuerdo con ciertas reglas. Cumplir con los requisitos de transmisión, procesamiento, almacenamiento, visualización, registro y control de la información. Es el enlace principal para realizar la detección y el control automáticos.
(1) Los sensores modernos varían mucho en principio y estructura. Cómo seleccionar razonablemente los sensores de acuerdo con el propósito específico de la medición, el objeto de medición y el entorno de medición es el primer problema que se debe resolver al medir una determinada cantidad. Una vez determinado el sensor, también se pueden determinar los métodos de medición y el equipo de medición correspondientes. El éxito o el fracaso de los resultados de la medición depende en gran medida de si la selección del sensor es razonable.
1. Determine el tipo de sensor según el objeto de medición y el entorno de medición: para realizar un trabajo de medición específico, primero debe considerar qué principio utiliza el sensor, que solo se puede determinar después de analizar muchos factores. Porque, incluso si se mide la misma magnitud física, existen sensores con múltiples principios para elegir. ¿Qué principio de sensor es más adecuado? Debe considerar las siguientes cuestiones específicas en función de las características del objeto medido y las condiciones de uso del sensor: el tamaño del rango de medición, los requisitos de volumen del sensor en la ubicación medida. El método de medición es con contacto o sin contacto; el método de extracción de señal es medición por cable o sin contacto; la fuente del sensor es importada o nacional, y si el precio es aceptable o de desarrollo propio.
2. Selección de sensibilidad: Generalmente, dentro del rango lineal del sensor, se espera que cuanto mayor sea la sensibilidad del sensor, mejor, porque solo cuando la sensibilidad es alta, la señal de salida correspondiente al cambio medido será relativamente Grande, lo que favorece el procesamiento de señales. Sin embargo, cabe señalar que el sensor tiene una alta sensibilidad y el ruido externo no relacionado con la medición se mezcla fácilmente y será amplificado por el sistema de amplificación, lo que afectará la precisión de la medición. Por lo tanto, se requiere que el sensor en sí tenga una alta relación señal-ruido para minimizar las señales preocupantes de fábrica introducidas desde el mundo exterior. La sensibilidad del sensor es direccional. Cuando el vector medido es un vector único y sus requisitos de directividad son altos, se deben seleccionar sensores con menor sensibilidad en otras direcciones. Si el valor medido es un vector multidimensional, la sensibilidad cruzada del sensor debe ser lo más pequeña posible.
3. Características de respuesta de frecuencia: Las características de respuesta de frecuencia del sensor determinan el rango de frecuencia que se medirá y las condiciones de medición sin distorsión deben mantenerse dentro del rango de frecuencia permitido. De hecho, siempre hay un cierto retraso en la respuesta del sensor y esperamos que el retraso sea lo más breve posible. La respuesta de frecuencia del sensor es alta y el rango de frecuencia de la señal medible es amplio. Debido a la influencia de las características estructurales, la inercia del sistema mecánico es grande y la frecuencia de la señal medible del sensor de baja frecuencia es baja. En la medición dinámica, las características de respuesta deben basarse en las características de la señal (estado estacionario, aleatoria, etc.) para evitar errores excesivos.
4. Rango lineal: El rango lineal del sensor se refiere al rango en el que la salida es proporcional a la entrada. En teoría, dentro de este rango la sensibilidad permanece constante: cuanto más amplio sea el rango lineal del sensor, mayor será su rango de medición y se puede garantizar una cierta precisión de medición. Al seleccionar un sensor, después de determinar el tipo de sensor, primero debe verificar si su rango de medición cumple con los requisitos. Pero, de hecho, ningún sensor puede garantizar una linealidad absoluta, y su linealidad también es relativa. Cuando la precisión de medición requerida es relativamente baja, un sensor con un pequeño error no lineal puede considerarse aproximadamente lineal dentro de un cierto rango, lo que brindará una gran comodidad a la medición.
5. Estabilidad: La capacidad de un sensor para mantener su rendimiento sin cambios después de haber sido utilizado durante un período de tiempo se llama estabilidad. Además de la estructura del sensor en sí, los factores que afectan la estabilidad a largo plazo del sensor son principalmente el entorno en el que se utiliza el sensor. Por lo tanto, para que el sensor tenga una buena estabilidad, el sensor debe tener una gran adaptabilidad ambiental. Antes de seleccionar un sensor, se debe investigar su entorno de uso y seleccionar los sensores apropiados de acuerdo con el entorno de uso específico, o se deben tomar medidas adecuadas para reducir el impacto ambiental. En algunas situaciones en las que es necesario utilizar el sensor durante mucho tiempo y puede reemplazarse o calibrarse fácilmente, los requisitos de estabilidad del sensor seleccionado son más estrictos y deben poder resistir pruebas de largo tiempo.
6. Precisión: La precisión es un indicador importante del rendimiento del sensor y es un vínculo importante relacionado con la precisión de la medición de todo el sistema de medición. Cuanto mayor sea la precisión del sensor, más caro será. Por lo tanto, la precisión del sensor solo necesita cumplir con los requisitos de precisión de todo el sistema de medición y no es necesario seleccionarla demasiado alta. Esto permite elegir un sensor más barato y sencillo entre muchos que satisfacen la misma medida. Si el propósito de la medición es el análisis cualitativo, basta con elegir un sensor con una alta precisión de repetibilidad, pero no es adecuado elegir un sensor con una alta precisión de valor absoluto. Si es para análisis cuantitativo y es necesario obtener valores de medición precisos, es necesario seleccionar un sensor con un nivel de precisión que cumpla con los requisitos. Para algunas ocasiones de uso especial, si no se puede seleccionar un sensor adecuado, el sensor debe ser diseñado y fabricado por uno mismo. El rendimiento del sensor de fabricación propia debe cumplir con los requisitos de uso.
Precisión de la sonda del sensor de temperatura digital 0,5%
1. Resistencia térmica: La resistencia térmica es el detector de temperatura más utilizado en zonas de media y baja temperatura. Sus características principales son una alta precisión de medición y un rendimiento estable. Entre ellos, la precisión de medición de la resistencia térmica del platino es la más alta. No se utiliza mucho en la medición de temperatura industrial y se convierte en un instrumento de referencia estándar.
① Principio y materiales de medición de temperatura de resistencia térmica: La medición de temperatura de resistencia térmica se basa en la característica de que el valor de resistencia de un conductor metálico aumenta con el aumento de la temperatura para medir la temperatura. Las resistencias térmicas están hechas en su mayoría de materiales metálicos, los más utilizados son el platino y el cobre, además se han utilizado rodio, níquel, manganeso y otros materiales para fabricar resistencias térmicas.
② Composición del sistema de medición de temperatura de resistencia térmica: El sistema de medición de temperatura de resistencia térmica generalmente consta de una resistencia térmica, cables de conexión y un medidor digital de control de temperatura. Se deben tener en cuenta dos puntos: "Los números de graduación de la resistencia térmica y el medidor digital de control de temperatura deben ser consistentes; para eliminar la influencia de los cambios en la resistencia de los cables de conexión, se debe adoptar un método de conexión de tres cables. "
2. Termistor: El termistor NTC tiene las características de tamaño pequeño, alta precisión de prueba, velocidad de respuesta rápida, estabilidad y confiabilidad, antienvejecimiento, intercambiabilidad y buena consistencia. Ampliamente utilizado en aire acondicionado, equipos de calefacción, termómetros electrónicos, sensores de nivel de líquidos, electrónica automotriz, calendarios electrónicos de escritorio y otros campos.
3. Termopar: El termopar es uno de los componentes de detección de temperatura más utilizados en la industria. Las ventajas son:
① Alta precisión de medición. Debido a que el termopar está en contacto directo con el objeto que se mide, no se ve afectado por el medio intermedio.
②Amplio rango de medición. Los termopares de uso común pueden medir continuamente de -50 a +1600 °C. Algunos termopares especiales tienen una temperatura mínima de -269 ℃ (como el oro, hierro, níquel y cromo) y una temperatura máxima de +2800 ℃ (como el tungsteno-renio).
③ Estructura simple y fácil de usar. Los termopares suelen estar compuestos por dos cables metálicos diferentes y no están limitados por el tamaño ni la apertura. Hay una funda protectora en el exterior, que es muy cómoda de usar.
(1). Principios básicos de la medición de temperatura por termopar.
Soldar dos conductores o semiconductores A y B de diferentes materiales para formar un circuito cerrado. Cuando hay una diferencia de temperatura entre los dos puntos de unión 1 y 2 de los conductores A y B, se genera una fuerza electromotriz entre ambos, formándose así una gran corriente en el bucle, fenómeno que se denomina efecto termoeléctrico. Los termopares aprovechan este efecto para funcionar.
(2). Tipos de termopares
Los termopares de uso común se pueden dividir en dos categorías: termopares estándar y termopares no estándar.
Los termopares estándar se refieren a termopares cuyos estándares nacionales estipulan la relación entre el potencial termoeléctrico y la temperatura, los errores permitidos y tienen una escala estándar unificada y cuentan con instrumentos de visualización correspondientes para su selección.
Los termopares no estandarizados son inferiores a los termopares estandarizados en términos de rango o magnitud de uso, generalmente no existe una tabla de graduación unificada y se utilizan principalmente para mediciones en determinadas ocasiones especiales.
Desde el 1 de enero de 1988, en mi país, todos los termopares y resistencias térmicas se fabrican de acuerdo con las normas internacionales IEC. Y designé siete tipos de termopares estandarizados, S, B, E, K, R, J y T, como termopares de diseño unificado de mi país.
(3). Compensación de temperatura de la unión fría del termopar
Dado que los materiales de los termopares son generalmente relativamente caros (especialmente cuando se utilizan metales preciosos), la distancia entre el punto de medición de temperatura y el instrumento es muy grande. Para ahorrar materiales de termopar y reducir costos, generalmente se usan cables de compensación para extender el extremo frío (extremo libre) del termopar hasta la sala de control donde la temperatura es relativamente estable y conectarlo a los terminales del instrumento. Cabe señalar que la función del cable de compensación del termopar es únicamente extender el electrodo caliente para que el extremo frío del termopar se mueva hacia los terminales del instrumento en la sala de control. Por sí solo no puede eliminar la influencia de los cambios de temperatura del extremo frío en la medición de temperatura y no tiene un efecto de compensación. Por lo tanto, es necesario utilizar otros métodos de corrección para compensar el impacto en la medición de la temperatura cuando la temperatura del extremo frío t0≠0℃. Cuando utilice el cable de compensación del termopar, debe prestar atención al modelo correspondiente, la polaridad no puede ser incorrecta y la temperatura del cable de compensación y el extremo de la conexión del termopar no puede exceder los 100 °C.
Cuarto, los ocho principales avances de mi país en el campo del control de temperatura.
La instrumentación de mi país ha seguido el ritmo del desarrollo internacional en términos de miniaturización, digitalización, inteligencia, integración y creación de redes, y ha logrado avances significativos en el desarrollo, la investigación y la industrialización de piezas con derechos de propiedad intelectual independientes. Entre ellos, los principales avances científicos y tecnológicos dignos de mención incluyen principalmente los siguientes ocho aspectos:
1. Los instrumentos y sistemas avanzados de automatización industrial han logrado la modularización y la integración digital total, cumpliendo con los requisitos de industrialización. Se utiliza ampliamente en acero, electricidad, carbón, productos químicos, petróleo, transporte, construcción, defensa nacional, alimentos, medicinas, agricultura, protección ambiental y otros campos, dando un paso sólido hacia tener derechos de propiedad intelectual independientes.
2. Se ha mejorado enormemente el nivel de investigación e industrialización de los instrumentos de prueba en serie inteligentes y los sistemas de prueba automáticos. Ha establecido sistemas de prueba automáticos para diversas industrias, como pruebas aeroespaciales, pruebas de productos electromecánicos, pruebas de electrodomésticos, monitoreo de terremotos, detección meteorológica y monitoreo ambiental. El nivel general alcanza
al nivel de los productos extranjeros avanzados, pero el precio es significativamente más bajo que el de los productos extranjeros.
3. El exitoso desarrollo y producción en masa de analizadores de redes vectoriales de ondas milimétricas y microondas marca que mi país se ha convertido en el segundo país del mundo después de los Estados Unidos en producir instrumentos de tan alta precisión.
4. Investigar y desarrollar instrumentos de medida y control nanométricos y microinstrumentos con características propias.Es líder mundial en la preparación direccional de nanotubos de carbono y la detección de estructura y propiedades físicas.
5. Completar el estándar cuántico eléctrico completo y el dispositivo estándar nacional de energía eléctrica 1,5 × 10-5, lo que sitúa los estándares de medición eléctrica de mi país en el nivel internacionalmente avanzado.
6. Realizar investigaciones sobre instrumentos científicos con derechos de propiedad intelectual independientes y mejorar el nivel general de los instrumentos científicos en nuestro país.
7. Estableció un mecanismo de desarrollo que combina la industria, la academia y la investigación, y la cooperación nacional y extranjera, y amplió los campos de aplicación de instrumentos científicos, como el desarrollo exitoso de instrumentos espectroscópicos para documentos aduaneros contra la falsificación. Después de ser promovido por las aduanas de todo el país, se han incautado un total de 54 mil millones de yuanes en billetes falsificados, ahorrando al país enormes pérdidas económicas. La cuota de mercado de los instrumentos científicos nacionales aumentó del 13% durante el Octavo Plan Quinquenal al 25% al final del Noveno Plan Quinquenal.
8. El sistema de tratamiento de tumores con ultrasonido focalizado de alta intensidad se desarrolló y produjo con éxito en masa. Los instrumentos médicos de ultrasonido tienen ventajas líderes a nivel internacional en el tratamiento de tumores no invasivos.
