Welcher Sensor eignet sich am besten zur Temperaturmessung??

Fluoreszierende faseroptische Temperatursensoren haben sich aufgrund ihrer Vorteile wie der sicheren Isolierung zu einer der besten Optionen für die Temperaturmessung entwickelt, hohe präzision, schnelle Reaktion, hohe Spannungsfestigkeit, elektromagnetische Störfestigkeit, Langzeitstabilität, große Anpassungsfähigkeit an die Umwelt, und Flexibilität.

1、 Funktionsprinzip von Fluoreszierender faseroptischer Temperatursensor

Fluoreszierend faseroptischer Temperatursensor ist ein Temperaturmesssensor, der auf dem Prinzip der Fluoreszenz basiert. Sein Funktionsprinzip basiert auf den Eigenschaften fluoreszierender Materialien, Hierbei handelt es sich um Materialien, die Licht einer bestimmten Wellenlänge absorbieren und Licht längerer Wellenlänge emittieren können. Ein typischer fluoreszierender faseroptischer Temperatursensor besteht aus mehreren Teilen, beispielsweise einer Lichtquelle, Glasfaser, fluoreszierendes Material, und Spektrometer. Erstens, Die Lichtquelle erzeugt Anregungslicht einer bestimmten Wellenlänge, die über optische Fasern auf das fluoreszierende Material übertragen wird. Nach Absorption des Anregungslichts, Fluoreszierende Materialien senden Fluoreszenzsignale mit bestimmten Wellenlängen aus, Diese werden dann zur Detektion über optische Fasern zurück zum Spektrometer übertragen. Wenn sich die Temperatur ändert, Die Fluoreszenzeigenschaften fluoreszierender Materialien ändern sich, Dies können Änderungen der Fluoreszenzintensität oder Verschiebungen der Fluoreszenzwellenlänge sein. Der Temperaturwert kann durch Messung der Intensität oder Wellenlänge des Fluoreszenzsignals bestimmt werden. Zusätzlich, Es gibt einen fluoreszierenden faseroptischen Temperatursensor, der die Umgebungstemperatur bestimmt, indem er die Länge der Nachleuchtlebensdauer der Fluoreszenz misst. Dieser Sensortyp besteht aus einer Multimode-Lichtleitfaser und einem fluoreszierenden Objekt (Film) darüber installiert. Der fluoreszierende Stoff wird durch Licht einer bestimmten Wellenlänge angeregt (Anregungsspektrum) und emittiert Fluoreszenzenergie. Danach wird die Anregung abgebrochen, Die Dauer des Fluoreszenznachleuchtens hängt von den Eigenschaften des fluoreszierenden Stoffes ab, Umgebungstemperatur, und andere Faktoren. Diese angeregte Fluoreszenz klingt normalerweise exponentiell ab, und die Abklingzeitkonstante ist die Fluoreszenzlebensdauer oder Fluoreszenznachleuchtzeit (ns). Bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen, Der Nachleuchtabfall der Fluoreszenz ist unterschiedlich, und die Temperatur kann durch Messung der Fluoreszenz-Nachleuchtlebensdauer bestimmt werden.

2、 Gängige Typen und Eigenschaften von Temperatursensoren

2.1 Thermoelement

Arbeitsprinzip
Ein Thermoelement ist ein Sensor, der aus zwei verschiedenen Metallen besteht, welches die elektromotorische Kraft nutzt, die durch die Temperaturänderungen der beiden Metalle erzeugt wird, um die Temperatur zu messen. Zum Beispiel, Das übliche Thermoelement vom J-Typ besteht aus Eisen und Konstantan, und ein thermoelektrisches Potential wird erzeugt, wenn die Temperaturen an beiden Enden des Thermoelements unterschiedlich sind (Temperaturunterschied).
Merkmal
Großer Temperaturmessbereich: Kann nach oben erweitert werden 2300 ℃, Geeignet für Hochtemperatur-Erkennungsbereiche wie Öfen, Warmwasserbereiter, Öfen, Prüfgeräte, und andere industrielle Prozesse.
Geringe Empfindlichkeit: in der Größenordnung von mehreren zehn Mikrovolt pro Grad Celsius, und innerhalb des Betriebsbereichs, Nichtlinearität in der Temperatur-Spannungs-Übertragungsfunktion erfordert häufig Kompensationsschaltungen oder Nachschlagetabellen.
Geringe thermische Qualität: Dadurch kann es schnell auf Temperaturänderungen reagieren.
Einfache Struktur und einfach zu bedienen: Thermoelemente sind in der Industrie häufig verwendete Kontakt-Temperaturmessgeräte, mit stabiler Leistung und der Fähigkeit, Signale über große Entfernungen zu übertragen.

2.2 Thermistor

Arbeitsprinzip
Thermistor is a type of resistive element whose resistance value varies with temperature. Common thermistor materials include platinum (Pt100, Pt1000) and nickel (Ni100, Ni1000).
Merkmal
High accuracy and linearity (partially): Zum Beispiel, platinum thermistors have relatively good accuracy and linearity, but the overall temperature curve of thermistors has poorer linear characteristics compared to RTDs. Jedoch, there are also high-precision products on the market that are of good quality and affordable.
Multiple types: can meet different needs and is suitable for a wide temperature range.
Hohe Empfindlichkeit (partial): It has application value in some simple measurement or threshold detection scenarios that require high sensitivity, but if you want to improve measurement accuracy, Sie können die Verwendung eines Thermistor-Arrays in Betracht ziehen, aber dadurch wird die Empfindlichkeit verringert.

2.3 Siliziumkarbid-Sensor

Arbeitsprinzip
Nutzung der Widerstandseigenschaften von Siliziumkarbidmaterialien zur Temperaturmessung.
Merkmal
Hohe Temperaturbeständigkeit: Geeignet für Hochtemperatur-Messszenarien.
Geringe Wärmekapazität: Mit einer schnellen Reaktionsgeschwindigkeit, Es eignet sich für Anwendungen, die eine schnelle Reaktion erfordern.

2.4 Wärmewiderstand

Arbeitsprinzip
Thermistoren sind ebenfalls temperaturempfindliche Widerstandselemente, und sein Widerstandswert ändert sich mit der Temperatur. Zu den häufig verwendeten Materialien für Thermistoren gehört Nickelkupfer (NiCu) und Platin-Rhodium (PtRh).
Merkmal
Hohe Präzision: weit verbreitet in den Bereichen präzise Messung und Temperaturregelung.
Größere Sensibilität: Temperaturveränderungen empfindlicher wahrnehmen können.

2.5 Infrarot-Temperatursensor

Arbeitsprinzip
Verwendung von Infrarotstrahlung zur Erfassung der Oberflächentemperatur eines Zielobjekts, Messen der Oberflächentemperatur des Objekts durch Erfassen der Infrarotstrahlungsenergie auf seiner Oberfläche.
Merkmal
Berührungslose Messung: Es erfordert keinen direkten Kontakt mit Objekten und kann in großem Umfang in der industriellen Steuerung eingesetzt werden, Temperaturüberwachung, medizinische Ausrüstung, Haushaltsgeräte, und Umgebungsüberwachungsfelder zur genauen Messung und Überwachung von Temperaturänderungen.
Beeinflusst durch die Oberflächeneigenschaften des Objekts: Zum Beispiel, Der Emissionsgrad und andere Oberflächeneigenschaften des Objekts können die Genauigkeit der Messung beeinträchtigen.

2.6 Integrierter Temperatursensor

Arbeitsprinzip
Integrieren Sie Temperatursensorkomponenten, Erweiterungsschaltungen, Kompensationsschaltungen, usw. auf einen sehr kleinen Chip.
Merkmal
Gute Linearität: Es besteht ein guter linearer Zusammenhang zwischen Ausgangssignal und Temperatur.
Schnelle Reaktion: in der Lage, schnell auf Temperaturänderungen zu reagieren.
Exportstandardisierung: einfach zu bedienen und in verschiedene Geräte zu integrieren.

2.7 Erweitertes Thermometer

Arbeitsprinzip
Made based on the principle of thermal expansion and contraction of objects.
Merkmal
Commonly used for measuring temperature changes over a large range: used in scenarios where accuracy is not extremely high and a large temperature span needs to be measured.

2.8 Druck- und Temperatursensor

Arbeitsprinzip
A multifunctional sensor that can simultaneously measure temperature and pressure, utilizing a certain physical relationship between pressure and temperature to achieve temperature measurement (the specific relationship varies depending on the sensor design).
Merkmal
Multifunctionality: It has unique advantages in scenarios where temperature and pressure need to be measured simultaneously, such as in some chemical processes or fluid systems.

3、 Performance comparison of different temperature sensors

3.1 Messbereich

Thermoelement
The working temperature range can be extended to above 2300 ℃, and K-type thermocouples, J-type thermocouples, usw. perform well in high-temperature measurement and are suitable for high-temperature industrial environments such as metallurgy and glass manufacturing.
Thermistor
The working temperature range of different types of thermistors varies, and they are generally suitable for a wider temperature range. Jedoch, im Vergleich zu Thermoelementen, their high-temperature performance is limited. Zum Beispiel, common platinum thermistors have a relatively wide operating temperature range, but may not be as suitable as thermocouples in ultra-high temperature environments.
Siliziumkarbid-Sensor
It is mainly suitable for high temperature measurement, and its high temperature resistance makes it more advantageous than many other sensors in high temperature environments. Jedoch, its measurement accuracy or applicability in the low temperature range may not be as good as some other sensors.
Wärmewiderstand
Zum Beispiel, Zur Temperaturmessung können Platin-Widerstandsthermometer eingesetzt werden -200 ℃ und+750 ℃, Bietet eine hohe Genauigkeit in diesem Bereich. Sie eignen sich für hochpräzise Messszenarien bei mittleren und tiefen Temperaturen, B. Temperaturmessungen in Laborumgebungen oder Messungen im mittleren und niedrigen Temperaturbereich einiger industrieller Prozesse.
Infrarot-Temperatursensor
Der messbare Temperaturbereich ist groß, Bei extrem niedrigen oder hohen Temperaturen kann es jedoch zu einer Verschlechterung der Genauigkeit kommen. Sein Messbereich wird durch die Infrarotstrahlungseigenschaften des Objekts und die Leistung des Sensors selbst begrenzt, und eignet sich grundsätzlich zur Temperaturüberwachung in herkömmlichen Industrie- und Wohnumgebungen.
Integrierter Temperatursensor
Der Arbeitstemperaturbereich liegt normalerweise bei -55 °C bis+150 °C (einige spezielle IC-Sensoren können bis +200 °C arbeiten), Geeignet für allgemeine elektronische Geräte, tragbare Geräte, und andere Szenarien, in denen die Anforderungen an den Temperaturbereich nicht besonders hoch sind.
Fluoreszierender faseroptischer Temperatursensor
Der anwendbare Umgebungstemperaturbereich ist breit, von niedrig über minus Baidu bis hoch bis zu mehreren hundert Grad, die den Messanforderungen verschiedener Temperaturumgebungen gerecht werden kann, B. die Temperaturüberwachung in einigen physikalischen Versuchsumgebungen mit niedriger Temperatur und in industriellen Reaktionsumgebungen mit hoher Temperatur.

3.2 Linearität

Thermoelement
Die Temperatur-Spannungs-Übertragungsfunktion von Thermoelementen weist Nichtlinearität auf und erfordert Kompensationsschaltungen oder Nachschlagetabellen, um die Nichtlinearität zu korrigieren.
Thermistor
The relationship between the resistance of a thermistor and its temperature is very nonlinear, and its linearity is relatively poor. Jedoch, it can be used in some simple measurement scenarios that do not require high linearity.
Siliziumkarbid-Sensor
There is no specific mention of its linearity, but due to the use of resistance characteristics to measure temperature, there may be some nonlinearity. Jedoch, the main advantages in high-temperature measurement are high temperature resistance and fast response.
Wärmewiderstand
The response of thermistors (wie RTDs) is almost linear, but there is also some deviation. Jedoch, compared to thermistors, they have better linearity and are more advantageous in high-precision measurement scenarios.
Infrarot-Temperatursensor
Linearity mainly depends on the design and calibration of the sensor. Allgemein gesprochen, it can provide relatively stable measurements within its normal operating range, but may be affected by factors such as surface characteristics of the object, resulting in certain nonlinearity.
Integrierter Temperatursensor
It has good linearity, integrating temperature sensing elements, Erweiterungsschaltungen, Kompensationsschaltungen, usw. auf einem kleinen Chip, which helps to improve linearity and make the relationship between output signal and temperature closer to linearity.
Fluoreszierender faseroptischer Temperatursensor
Der faseroptische Fluoreszenzsensor vom Intensitätstyp wird durch die Mikrobiegung beeinflusst, Kupplung, Streuung, und Rückreflexion der Faser, causing intensity disturbances and affecting linearity to a certain extent; Fluorescence lifetime sensors are relatively more stable because the relationship between fluorescence lifetime and temperature is essentially intrinsic, independent of the intensity of light, and has certain advantages in this regard.

3.3 Kalibrierungsanforderungen

Thermoelement
It is necessary to compensate for the nonlinearity of thermocouples, usually using compensation circuits or lookup tables. Regular calibration may be required during use to ensure measurement accuracy, insbesondere in hochpräzisen Messszenarien.
Thermistor
Wenn wir die Messgenauigkeit verbessern wollen, Es kann notwendig sein, mit der Nichtlinearität umzugehen, wie zum Beispiel die Verwendung von Thermistor-Arrays, Je nach Anwendungsszenario kann eine Kalibrierung erforderlich sein, insbesondere in Situationen, in denen eine hohe Genauigkeit erforderlich ist.
Siliziumkarbid-Sensor
Im Referenzmaterial werden Kalibrierungsanforderungen nicht explizit erwähnt, aber im Allgemeinen, Bei hochpräzisen Messszenarien kann auch eine Kalibrierung erforderlich sein, um die Messgenauigkeit sicherzustellen.
Wärmewiderstand
Zum Beispiel, wenn RTD in hochpräzisen Anwendungen eingesetzt wird, Es kann erforderlich sein, die gemessenen Widerstandswerte zu digitalisieren und die im Mikrocontroller gespeicherte Datentabelle zu verwenden, um die Nichtlinearität basierend auf der kalibrierten Widerstandstemperaturkurve zu korrigieren. Außerdem ist eine regelmäßige Kalibrierung erforderlich.
Infrarot-Temperatursensor
Um die Genauigkeit der Messungen sicherzustellen, ist eine Kalibrierung erforderlich, insbesondere bei der Messung der Oberflächentemperatur unterschiedlicher Objekttypen unter unterschiedlichen Umgebungsbedingungen. Eine Kalibrierung kann die Messgenauigkeit verbessern.
Integrierter Temperatursensor
Beim Einsatz integrierter IC-Sensoren ist keine weitere Kalibrierung erforderlich, Dies ist einer seiner Vorteile und eignet sich für einige Szenarien mit geringen Kalibrierungsanforderungen, wie etwa tragbare Produkte.
Fluoreszierender faseroptischer Temperatursensor
Fluoreszenzlebensdauersensoren können in selbstkalibrierende faseroptische Temperatursensoren umgewandelt werden, da die Beziehung zwischen Fluoreszenzlebensdauer und Temperatur intrinsisch und unabhängig von der Lichtintensität ist; Der Intensitätstyp kann durch die Übertragungseigenschaften optischer Fasern beeinflusst werden und erfordert in manchen Fällen eine Kalibrierung, but overall the calibration requirements are relatively low.

3.4 Reaktionsgeschwindigkeit

Thermoelement
Thermocouples have relatively low sensitivity and low thermal mass, and can respond quickly to temperature changes. They are suitable for industrial scenarios that require rapid sensing of temperature changes, such as temperature monitoring in kilns.
Thermistor
The response speed depends on factors such as the material and structure of the thermistor. Allgemein gesprochen, it can respond quickly to temperature changes, especially in scenarios where temperature thresholds are quickly detected, and it performs well.
Siliziumkarbid-Sensor
Due to its low thermal capacity and fast response speed, it has advantages in high-temperature measurement scenarios that require rapid response, such as temperature monitoring in certain high-temperature chemical reaction processes.
Wärmewiderstand
The response speed of thermal resistance is relatively fast, which can reflect temperature changes in a timely manner and meet the requirements of fast response in the field of temperature control.
Infrarot-Temperatursensor
Schnelle Reaktionsgeschwindigkeit, capable of real-time measurement of surface temperature of objects, widely used in scenarios where rapid monitoring of temperature changes is required, such as surface temperature monitoring of industrial equipment or temperature screening of personnel.
Integrierter Temperatursensor
It has the characteristic of fast response, thanks to its integrated design, which can quickly respond to temperature changes and is suitable for scenarios such as electronic devices that require response speed.
Fluoreszierender faseroptischer Temperatursensor
Schnelle Reaktionsgeschwindigkeit, able to monitor temperature changes in real time and respond immediately, can be used in scenarios that require high real-time temperature changes, such as temperature monitoring in some industrial process monitoring.

4、 Advantages of Fluorescent Fiber Optic Temperature Sensor

4.1 Hohe Präzision

Fluoreszierende Materialien reagieren besonders empfindlich auf Temperaturänderungen, Dadurch verfügen fluoreszierende Fasertemperatursensoren über eine hohe Messgenauigkeit. Zum Beispiel, in laboratory research or industrial process control that require extremely high temperature accuracy, it is possible to accurately measure temperature changes.
Schnelle Antwort
Can monitor temperature changes in real-time and respond immediately. In chemical reactions, it is necessary to quickly obtain temperature changes for reaction control, and fluorescent fiber optic temperature sensors can meet this requirement.

4.2 High Voltage Resistance Measurement

The fluorescent fiber optic temperature sensor has no electrical contact, can withstand 100KV high voltage, is insulated safely, and can be installed on high voltage switchgear to measure the temperature of busbars and contacts.

4.3 Starke Anti-Interferenz-Fähigkeit

Es wird nicht durch Störsignale beeinträchtigt und kann in komplexen elektromagnetischen Umgebungen normal funktionieren. Accurate temperature measurement can still be carried out around high-voltage power equipment or in industrial environments with strong electromagnetic interference, such as substations and high-voltage substations.

4.4 Langzeitstabilität

Fluoreszierende Materialien weisen eine starke Haltbarkeit und Stabilität auf, und Sensoren können bei Langzeitgebrauch eine hohe Leistungsstabilität aufrechterhalten. For some scenarios that require long-term continuous temperature monitoring, such as temperature monitoring of industrial equipment that operates for a long time, stability is an important advantage.

4.5 Wide applicable environment

Geeignet für einen weiten Bereich von Umgebungstemperaturen, von niedrig über minus Baidu bis hoch bis zu mehreren hundert Grad. It can be used in both low-temperature freezing environments and high-temperature industrial furnace environments.

4.6 Eigensicherheit

Glasfaser selbst ist nicht aufgeladen und verfügt über inhärente Sicherheitseigenschaften. Der Einsatz in gefährlichen Umgebungen wie brennbaren und explosiven Umgebungen ist sehr sicher, wie Temperaturüberwachung in explosionsgeschützten Industrieumgebungen wie Petrochemie und Kohle.

4.7 Selbstkalibrierung (einige Typen)

Fluoreszenzlebensdauersensoren können in selbstkalibrierende faseroptische Temperatursensoren umgewandelt werden, da die Beziehung zwischen Fluoreszenzlebensdauer und Temperatur im Wesentlichen intrinsisch und unabhängig von der Lichtintensität ist, Reduzierung der Häufigkeit und Komplexität der Kalibrierung.

5、 So wählen Sie den besten Temperatursensor für praktische Anwendungen aus

5.1 Messanforderungen klären

Messbereich: Erste, Bestimmen Sie den Temperaturbereich, der gemessen werden muss. Wenn es sich um eine Umgebung mit hohen Temperaturen handelt, such as furnaces in the metallurgical industry, thermocouples or silicon carbide sensors may be better choices; If it is in the medium to low temperature range, such as general indoor temperature monitoring or routine laboratory temperature control, Wärmewiderstand oder integrierte Temperatursensoren sind möglicherweise besser geeignet. Zum Beispiel, bei der Temperaturmessung zwischen -200 ℃ und+750 ℃, Thermistor kann eine hohe Genauigkeit bieten; Bei Hochtemperaturmessungen oben 850 ℃, Thermoelemente sind besser geeignet.

5.2 Genauigkeitsanforderungen

: Für hochpräzise Szenarien wie präzise Temperaturmessung in der wissenschaftlichen Forschung oder hochpräzise industrielle Prozesssteuerung, Sensoren mit hoher Genauigkeit wie Thermowiderstände und Fluoreszenzfaser-Temperatursensoren werden vorrangig berücksichtigt. In einigen gewöhnlichen Industrieumgebungen oder Alltagsumgebungen, in denen die Präzisionsanforderungen nicht besonders hoch sind, wie zum Beispiel die Temperaturregelung von Innenklimaanlagen, Thermistoren oder Infrarot-Temperatursensoren können ausreichen, um den Bedarf zu decken.

5.3 Ansprechzeit

Wenn die Anwendung eine schnelle Reaktion auf Temperaturänderungen erfordert, such as in temperature monitoring of some chemical reaction processes or high-speed moving equipment, Thermoelemente, silicon carbide sensors, Temperatursensoren aus fluoreszierenden Fasern, and other sensors with fast response times are better choices. In some scenarios where the response to temperature changes is not particularly urgent, such as temperature monitoring in warehouses, sensors with slightly slower response speeds can also meet the requirements.
Consider environmental factors

5.4 Elektromagnetische Umgebung

: In Umgebungen mit starken elektromagnetischen Störungen, such as around substations and high-voltage power equipment, sensors with strong resistance to electromagnetic interference, such as fluorescent fiber temperature sensors and thermocouples, are preferred. In scenarios where the electromagnetic environment is generally weak, such as temperature measurement in ordinary household environments, various sensors can be used normally.

5.5 Chemical Environment

: If it is in an environment with corrosive gases or chemicals, such as chemical production workshops, sensors with good corrosion resistance such as fluorescent fiber temperature sensors and thermal resistors are more suitable. For ordinary environments, such as office environments, the corrosion resistance of sensors is not the primary consideration.

5.6 Space limitations

: When the measurement space is limited, such as temperature measurement inside some small electronic devices, small-sized sensors such as integrated temperature sensors and small thermistors have more advantages. In large equipment or spacious environments such as large warehouses or outdoor temperature monitoring, the size of sensors is not the main limiting factor, and sensors that are more suitable for measurement requirements can be selected.

5.7 Cost benefit analysis

Cost factors need to be considered while meeting measurement and environmental requirements. If the budget is limited, relatively low-cost sensors such as thermistors and thermocouples may be preferred; If cost is not particularly sensitive and more emphasis is placed on measurement performance and stability, fluoreszierende faseroptische Temperatursensoren, high-precision thermal resistors, usw. may be better choices. Zum Beispiel, in some large-scale industrial production, if a large number of temperature sensors need to be installed, low-cost thermocouples or thermistors may be more cost-effective; In some special industrial scenarios that require extremely high safety and accuracy, such as temperature monitoring in nuclear power plants, even if the cost is high, high-performance sensors such as fluorescent fiber temperature sensors are still chosen.

5.8 Zuverlässigkeit und Stabilität

For applications that require long-term continuous operation, such as long-term temperature monitoring of large industrial equipment or long-term environmental temperature monitoring stations, the reliability and stability of sensors are crucial. Fluoreszierende faseroptische Temperatursensoren, thermische Widerstände, and other sensors with high stability are better choices.

Faseroptischer Temperatursensor, Intelligentes Überwachungssystem, Verteilter Glasfaserhersteller in China