Temperatuursensor

Temperatuursensor is een apparaat waarmee de waarde van een parameter kan worden geëvalueerd en, indien nodig, informatie verder langs het regelcircuit kan worden overgedragen. Tegenwoordig zijn individuele testers uitgerust met dit soort armaturen, wat handig gebruik maakt. Temperatuursensoren variëren in ontwerp en functionaliteit. Anderen zijn ontworpen om de toestand van melk te beoordelen, andere zijn geschikt voor gesmolten metalen.

Geschiedenis van thermometers

Onderzoekers zijn het oneens over wie de thermometer voor het eerst heeft uitgevonden. Kandidaten voor de rol:

1. Galileo Galilei.
2. Cornelis Drebbel.
3. Robert Flood.
4. Santorio Santorio.

More Philo van Byzantine en Heron van Alexandrië was zich bewust van de veranderende eigenschappen van stoffen onder invloed van temperatuur. In het bijzonder, de ouden geïnteresseerd in de lucht. Het wordt opgemerkt dat wanneer de temperatuur van de afgesloten kolf, gedeeltelijk gevuld met water, het niveau van de scheiding van media beweegt. Dit lijkt erg op moderne kwiktoestellen. Galileo Galilei noemde de uitvinder van deze klasse apparaten - de wetenschapper ontwierp thermoscopen. Het verschil is het gebrek aan schaal.

Gedwongen om de pionier van Robert Flud te herkennen, die als eerste de meting van de verschuiving in 1638 kwantificeerde. Het ontwerp is uitermate succesvol gebleken. Iets soortgelijks wordt gebruikt in de industrie en tegenwoordig. In 1613 en 1611 hebben Santorio Santorio en Francesco Sagredo al geëxperimenteerd met de schaal. De term 'thermometer' wordt voor het eerst genoemd in de uitgave La Récréation Mathématique uit 1624.

Al snel werd duidelijk dat de thermische uitzettingscoëfficiënt niet hoog was, al in 1654 verscheen er een analoog met alcohol, tegen 1730 kreeg het ontwerp een praktisch modern uiterlijk( de schaal van de Reaumur-fysica wordt nog steeds in Frankrijk gebruikt).Wetenschappers hebben actief geëxperimenteerd met andere vloeistoffen. Tegelijkertijd werd er op de schaal gewerkt: in 1665 stelde Christian Huygens standaard kookpunten en vriespunten voor water voor.

Er was geen enkele notie van de mate van graad totdat Celsius in 1742 de afstand tussen de twee bovengenoemde punten in honderd gelijke delen verdeelde( in de oorspronkelijke versie werd het kookpunt van water als nul beschouwd, 100% gesmolten ijs).Verschijnt in de huidige weergave. In 1848 bewees William Thomson( Lord Kelvin) de mogelijkheid om een ​​absolute schaal te creëren met nul waaronder de temperatuur niet langer zou dalen( minus 273,16 graden Celsius - nul op de Kelvin-schaal).De magnitude graden Celsius en Kelvin zijn gelijk.

De laatste vorm van de samenstelling van de thermometer vond plaats in 1714, dankzij Daniel Fahrenheit, die vaststelde dat de maximale thermische uitzettingscoëfficiënt wordt gekenmerkt door kwik. In 1724 bood de glasblazer zijn eigen schaal aan, de naam van het apparaat is het verhaal van Ray Bradbury( de temperatuur van een mengsel van water, zout en ijs werd als referentiepunt genomen).Het verhaal eindigt hier niet en in 1999 verscheen de eerste tijdelijke contactloze thermometer. Soortgelijke worden bijvoorbeeld gebruikt om de melk op te voeden, bedoeld voor voedsel.

Hoe temperatuur meten

Thermometrische eigenschappen van stoffen worden gebruikt voor metingen. Het klinkt triviaal, zoals de uitdrukking "olieachtig", maar dit is de realiteit. De stoffen zijn afhankelijk van de temperatuur:

1. Geometrische afmetingen. De genoemde kwaliteit werd opgemerkt door de ouden op het voorbeeld van lucht en water. In de wereld van vandaag wordt het vermogen van verschillende thermische uitzetting van twee ongelijke metalen vaker gebruikt. Ze zijn verbonden in een strip, "back to back", het blijkt de sensor te zijn. De thermometer wordt bimetaal genoemd. Vergelijkbare eigenschappen in een paar tonen, bijvoorbeeld ijzer en zink. De twee stroken, die door klinknagels aan elkaar worden verbonden, buigen bij verhitting.
2. Elektrische weerstand. Kwaliteit wordt actief gebruikt in halfgeleidertechnologie. Alle goedkope koelkasten, waar het irrationeel is om een ​​thermokoppel te gebruiken, worden geleverd met soortgelijke weerstanden. Het pand werkt in de praktijk. Natuurlijk, de eigenschappen van materialen zijn anders, de veranderingssnelheid van parameters is niet hetzelfde.
3. Elektromotorische kracht. Wetenschappers hebben ontdekt dat individuele halfgeleiders in verwarmde toestand een potentieel kunnen vormen. Soortgelijke eigenschappen worden gekenmerkt door mineralen. Bijvoorbeeld, de beroemde toermalijn, genoemd vanwege zijn vermogen om as aan te trekken( bij verhitting kreeg het oppervlak van het kristal een lading die het gespecificeerde verschijnsel veroorzaakte).
4. Stralingsspectrum. Een lichaam geplaatst in een koude omgeving straalt golven van elektromagnetische aard uit. En op de grafiek van de stralingsdichtheid lijkt het een bult met een vertex naar links verschoven. Hoe hoger de temperatuur, hoe sterker de berg op de frequentieschaal wordt verschoven. De zon is bijvoorbeeld zo heet dat het maximum aan zonnestraling op het zichtbare spectrum in het groene gebied valt. Op dezelfde manier ziet een smid roodgloeiende metaalveranderende tinten terwijl de vachten het vuur verjagen. Spectrale thermometers maken metingen op afstand mogelijk.

Uitgebreide classificatie van thermometers

Laten we een reservering maken dat we binnen het kader van de beoordeling pyrometers niet scheiden van het onderwerp. Dit is een iets andere klasse apparaten, wordt actief gebruikt voor soortgelijke doeleinden als temperatuursensoren. Het is dus gebruikelijk om onderscheid te maken tussen:

• Expansiethermometers. Gebaseerd op het vermogen van objecten om de geometrische afmetingen te wijzigen:

1. Vloeibare glasthermometers - buiten het raam. Reeds als temperatuursensoren beschouwd. Kwik wordt vaak gebruikt als een vloeistof om een ​​aantal redenen: het behoudt de aggregatietoestand in een breed scala van omgevingsomstandigheden, bevochtigt het glas niet en is gemakkelijk te extraheren uit natuurlijke componenten. De nadelen zijn onder meer toxiciteit, een kleine temperatuurscoëfficiënt en bevriezing al bij min 35 graden Celsius. Dit doet denken aan de voordelen van alcoholthermometers.
2. Gauge thermometers zijn gebaseerd op de temperatuurafhankelijkheid van de dampspanning van een stof in een werkkamer. Dergelijke systemen kunnen gemakkelijk worden gebruikt als thermostaten van oude koelkasten, waar geen elektronica is. Voors: het systeem heeft geen elektrische voeding nodig, wat het ontwerp van het apparaat aanzienlijk vereenvoudigt. Deze temperatuursensoren bevinden zich in het gebied van de verdamper, via een buis die is aangesloten op de controller( in het koelcompartiment), waar een relais is.

• Thermometrische sensoren en weerstandsthermometers bevatten thermokoppels en thermistors. Dit is een afgezaagd onderwerp, laten we wat hieronder raken. De materialen die worden gebruikt voor deze temperatuursensoren zijn metalen, halfgeleiders en andere klassen van het periodiek systeem.

Thermometerontwerpen

Het apparaat dat de interface tussen twee media weergeeft, wordt erkend als de eerste en meest gebruikte in het dagelijks leven. Dit is niet het enige model. Eerder gebruikte gewichtsthermometers. Deze bestond uit een holle platina bol, gedeeltelijk gevuld met kwik en met een capillair gat in de bodem. Hoe hoger de temperatuur steeg, des te groter werd de lucht in de bol. Als gevolg daarvan vloeiden er meer kwikdruppeltjes uit. Als gevolg hiervan volgde een evenwicht, de temperatuur werd beoordeeld aan de hand van de resterende massa.

Een platina weerstandsthermometer wordt gebruikt als een referentie( van 13,81 tot 903,89 graden Kelvin), en een germanium een ​​wordt hieronder gebruikt( tot 4,2 K).Boven de gespecificeerde limiet reeds gebruikt platina. Ten slotte wordt een quasi-monochromatische pyrometer gebruikt boven 1337,58 graden Kelvin. Met behulp van deze tools verkregen gegevens over de wereld. Het is logisch om deze apparaten te gebruiken om te tarreren. De quasi-monochromatische pyrometer werkt al op basis van een schatting van het spectrum, het heeft geen relatie met weerstand. Bij een temperatuur van 6300 K worden de meeste legeringen al in stoom getrokken en worden de pyrometers van microgolfstraling gebruikt boven het bovengenoemde merk en tot 100.000 K.

Het werkingsprincipe van de constructie van een quasi-monochromatische optische pyrometer is gebaseerd op het vergelijken van het spectrum van het bestudeerde lichaam met het spectrum van het referentie( wolfraam) filament. Het apparaat bevat een lens, de zoeker is uitgerust met een filter dat een overwegend zichtbaar spectrum van golven uitzendt. Het is mogelijk om de verwarming van de draad te regelen met een regelweerstand, om deze te zien tegen de achtergrond van het lichaam dat wordt bestudeerd. Wanneer objecten niet van elkaar te onderscheiden zijn( samenvoegen), wordt de gewenste temperatuur van wolfraam bereikt. De nauwkeurigheid hangt sterk af van de onderzoeker: de methode is contra-indicatief voor kleurenblindheid. De bovengrens van de meting wordt beperkt door het smeltpunt van het garen.

Andere quasi-monochromatische pyrometers met filters scheiden sommige componenten van het spectrum. Rood en blauw bepalen bijvoorbeeld de temperatuur door hun intensiteit. Fotometrische sensoren worden hier al gebruikt: invallend licht verandert de eigenschappen van halfgeleidermaterialen. Bekende apparaten die het volledige bereik van emissies evalueren. We hebben het over de integrale helderheid, wanneer het beeld van het object op het gevoelige element is gericht.

Onder het 4.2 K-punt wordt een aantal referentieweegschalen toegepast. Voor ultralaagtemperaturen van 0,01 tot 0,8 K wordt de afhankelijkheid van de magnetische susceptibiliteit van een stof op de mate van verwarming gebruikt( het is beter om te spreken van koeling).In de rest van het bereik worden de afhankelijkheden van de druk van verzadigde heliumdamp( 3 en 4) gebruikt.

Naast de principes die in het vorige gedeelte zijn vermeld, zijn er ook alternatieven bekend die in het dagelijks leven niet worden gebruikt. Als u geen rekening houdt met de apparaten uit het bouwthema. We hebben het nu over warmtebeeldcamera's, waar een visuele beoordeling van het totale terrein wordt gebruikt. In dit opzicht lijken apparaten op optische pyrometers. De bouwer, alleen bij het oog, vindt gebieden die erg afleiden van het algemene beeld en neemt passende corrigerende maatregelen. De rest van de imager werkt op basis van een matrix van lichtgevoelige elementen. Het instrument bevat geen temperatuurmeting( alleen een kwalitatieve beoordeling).

We gaan niet praten over thermokoppels en weerstanden, de informatie voor de meeste lezers is al bekend. We vermelden alleen dat twee klassen apparaten vaak in het dagelijks leven worden gebruikt. Inclusief de sondes van de bovengenoemde testers. De temperatuurafhankelijkheid van de weerstand is meestal lineair, de hoek hangt af van het materiaal. Wat betreft thermokoppels, sensoren bestaan ​​uit twee ongelijke halfgeleiders. Een verandering in temperatuur leidt tot de vorming van het potentieel bij de conclusies van de structuur.

Vandaag zijn elementaire sensoren vaak opgenomen in de samenstelling van microchips. Dit is geen nieuws dat geïntegreerde oplossingen veel gemakkelijker te gebruiken zijn. Op dezelfde manier wordt de bewegingssensor geleverd met elektronische vulling om het originele signaal te versterken tot een acceptabele waarde. Voer de reikwijdte van de mogelijkheden van geïntegreerde temperatuursensoren en andere functies in. Principes van temperatuurmeting zijn gering, als u geen rekening houdt met het exotische, als magnetische susceptibiliteit, zijn ze allemaal eenvoudig. In huishoudelijke apparaten worden bijvoorbeeld vaak bimetalen platen gebruikt.