¿Cuál es el mejor sensor para medir la temperatura??-INNO

Los sensores de temperatura de fibra óptica fluorescentes se han convertido en una de las mejores opciones para medir la temperatura debido a sus ventajas como el aislamiento seguro., alta precisión, respuesta rápida, resistencia de alto voltaje, resistencia a la interferencia electromagnética, estabilidad a largo plazo, amplia adaptabilidad ambiental, y flexibilidad.

1、 Principio de funcionamiento de sensor de temperatura de fibra óptica fluorescente

Fluorescente sensor de temperatura de fibra óptica es un sensor de medición de temperatura basado en el principio de fluorescencia. Su principio de funcionamiento se basa en las características de los materiales fluorescentes., que son materiales que pueden absorber una determinada longitud de onda de luz y emitir longitudes de onda de luz más largas. Un sensor de temperatura de fibra óptica fluorescente típico incluye varias partes, como la fuente de luz., fibra optica, material fluorescente, y espectrómetro. En primer lugar, la fuente de luz genera luz de excitación de una determinada longitud de onda, que se transmite al material fluorescente a través de fibras ópticas. Después de absorber la luz de excitación., Los materiales fluorescentes emiten señales fluorescentes con longitudes de onda específicas., que luego se transmiten de regreso al espectrómetro para su detección a través de fibras ópticas.. Cuando la temperatura cambia, Las características de fluorescencia de los materiales fluorescentes cambiarán., que pueden ser cambios en la intensidad de la fluorescencia o cambios en la longitud de onda de la fluorescencia. El valor de la temperatura se puede determinar midiendo la intensidad o longitud de onda de la señal de fluorescencia.. Además, Hay un sensor de temperatura de fibra óptica fluorescente que determina la temperatura ambiente midiendo la duración de la vida útil del resplandor fluorescente.. Este tipo de sensor consta de una fibra óptica multimodo y un objeto fluorescente. (película) instalado encima de él. La sustancia fluorescente se excita con luz de una determinada longitud de onda. (espectro de excitación) y emite energía fluorescente. Después de cancelar la excitación., la duración del resplandor de la fluorescencia depende de las características de la sustancia fluorescente, temperatura ambiental, y otros factores. Esta fluorescencia excitada suele decaer exponencialmente., y la constante de tiempo de desintegración es la vida útil de la fluorescencia o el tiempo de posluminiscencia de la fluorescencia. (ns). A diferentes temperaturas ambientales., la decadencia del resplandor de la fluorescencia es diferente, Y la temperatura se puede determinar midiendo la vida útil del resplandor de fluorescencia..
Medición de temperatura del transformador

2、 Tipos y características comunes de sensores de temperatura.

2.1 Par termoeléctrico

principio de funcionamiento
Un termopar es un sensor compuesto por dos metales diferentes., que utiliza la fuerza electromotriz generada por los cambios de temperatura de los dos metales para medir la temperatura. Por ejemplo, El termopar tipo J común está hecho de hierro y Constantan., y se genera un potencial termoeléctrico cuando las temperaturas en ambos extremos del termopar son diferentes (diferencia de temperatura).
característica
Amplio rango de medición de temperatura: se puede extender hasta arriba 2300 ℃, adecuado para campos de detección de alta temperatura como hornos, calentadores de agua, hornos, equipo de prueba, y otros procesos industriales.
Baja sensibilidad: del orden de varias decenas de microvoltios por grado Celsius, y dentro del rango operativo, La no linealidad en la función de transferencia de temperatura a voltaje a menudo requiere circuitos de compensación o tablas de consulta..
Baja calidad térmica: Esto le permite responder rápidamente a los cambios de temperatura..
Estructura simple y fácil de usar.: Los termopares son dispositivos de medición de temperatura de contacto comúnmente utilizados en la industria., con rendimiento estable y la capacidad de transmitir señales a largas distancias.

2.2 termistor

principio de funcionamiento
El termistor es un tipo de elemento resistivo cuyo valor de resistencia varía con la temperatura.. Los materiales comunes de termistores incluyen platino. (Pt100, Pt1000) y níquel (Ni100, ni1000).
característica
Alta precisión y linealidad (parcialmente): Por ejemplo, Los termistores de platino tienen una precisión y linealidad relativamente buenas., pero la curva de temperatura general de los termistores tiene características lineales más pobres en comparación con los RTD. Sin embargo, También hay productos de alta precisión en el mercado, de buena calidad y asequibles..
Múltiples tipos: Puede satisfacer diferentes necesidades y es adecuado para un amplio rango de temperaturas..
Alta sensibilidad (parcial): Tiene valor de aplicación en algunos escenarios simples de medición o detección de umbrales que requieren alta sensibilidad., pero si desea mejorar la precisión de la medición, Puedes considerar el uso de una matriz de termistores., pero esto reducirá la sensibilidad.

2.3 Sensor de carburo de silicio

principio de funcionamiento
Uso de las características de resistencia de los materiales de carburo de silicio para medir la temperatura..
característica
Resistencia a altas temperaturas: adecuado para escenarios de medición de alta temperatura.
Baja capacidad calorífica: Con una rápida velocidad de respuesta, Es adecuado para aplicaciones que requieren una respuesta rápida..

2.4 Resistencia térmica

principio de funcionamiento
El termistor también es un elemento de resistencia sensible a la temperatura., y su valor de resistencia cambia con la temperatura. Los materiales comúnmente utilizados para termistores incluyen níquel cobre. (NiCu) y platino rodio (PtRh).
característica
Alta precisión: Ampliamente utilizado en los campos de medición precisa y control de temperatura..
Mayor sensibilidad: capaz de percibir los cambios de temperatura con mayor sensibilidad.

2.5 Sensor de temperatura infrarrojo

principio de funcionamiento
Usar radiación infrarroja para detectar la temperatura de la superficie de un objeto objetivo, medir la temperatura de la superficie del objeto detectando la energía de la radiación infrarroja en su superficie.
característica
Medición sin contacto: No requiere contacto directo con objetos y puede ser ampliamente utilizado en control industrial., monitoreo de temperatura, equipo medico, electrodomésticos, y campos de monitoreo ambiental para una medición y monitoreo precisos de los cambios de temperatura.
Afectado por las características de la superficie del objeto.: Por ejemplo, La emisividad y otras características de la superficie del objeto pueden afectar la precisión de la medición..

2.6 Sensor de temperatura integrado

principio de funcionamiento
Integrar componentes de detección de temperatura, circuitos de expansión, circuitos de compensación, etc.. en un chip muy pequeño.
característica
Buena linealidad: Existe una buena relación lineal entre la señal de salida y la temperatura..
Respuesta rápida: capaz de responder rápidamente a los cambios de temperatura.
Estandarización de exportaciones: fácil de usar e integrar en varios dispositivos.

2.7 Termómetro ampliado

principio de funcionamiento
Fabricado según el principio de expansión y contracción térmica de los objetos..
característica
Comúnmente utilizado para medir cambios de temperatura en un rango amplio: Se utiliza en escenarios donde la precisión no es extremadamente alta y es necesario medir un gran rango de temperatura..

2.8 Sensor de presión y temperatura

principio de funcionamiento
Un sensor multifuncional que puede medir simultáneamente temperatura y presión., Utilizar una cierta relación física entre presión y temperatura para lograr la medición de temperatura. (la relación específica varía según el diseño del sensor).
característica
Multifuncionalidad: Tiene ventajas únicas en escenarios donde es necesario medir la temperatura y la presión simultáneamente., como en algunos procesos químicos o sistemas de fluidos.

3、 Comparación de rendimiento de diferentes sensores de temperatura

3.1 Rango de medición

Par termoeléctrico
El rango de temperatura de trabajo se puede ampliar a más 2300 ℃, y termopares tipo K, Termopares tipo J, etc.. funcionan bien en mediciones de alta temperatura y son adecuados para entornos industriales de alta temperatura, como la metalurgia y la fabricación de vidrio..
termistor
El rango de temperatura de trabajo de diferentes tipos de termistores varía, y generalmente son adecuados para un rango de temperatura más amplio. Sin embargo, en comparación con termopares, su rendimiento a altas temperaturas es limitado. Por ejemplo, Los termistores de platino comunes tienen un rango de temperatura de funcionamiento relativamente amplio., pero puede que no sean tan adecuados como los termopares en entornos de temperaturas ultraaltas.
Sensor de carburo de silicio
Es principalmente adecuado para mediciones de alta temperatura., y su resistencia a altas temperaturas lo hace más ventajoso que muchos otros sensores en ambientes de alta temperatura. Sin embargo, su precisión de medición o aplicabilidad en el rango de baja temperatura puede no ser tan buena como la de otros sensores.
Resistencia térmica
Por ejemplo, Los termómetros de resistencia de platino se pueden utilizar para medir la temperatura entre -200 ℃ y+750 ℃, proporcionando alta precisión dentro de este rango. Son adecuados para escenarios de medición de alta precisión a temperaturas medias y bajas., como la medición de temperatura en entornos de laboratorio o la medición en el rango de temperatura media y baja de algunos procesos industriales.
Sensor de temperatura infrarrojo
El rango de temperatura medible es amplio., pero puede haber una disminución en la precisión a temperaturas extremadamente bajas o altas. Su rango de medición está limitado por las características de la radiación infrarroja del objeto y el rendimiento del propio sensor., y generalmente es adecuado para el control de temperatura en entornos industriales y residenciales convencionales..
Sensor de temperatura integrado
El rango de temperatura de trabajo suele ser de -55 ° C a +150 ° C (Algunos sensores IC especiales pueden funcionar hasta +200 ° C), adecuado para dispositivos electrónicos generales, dispositivos portátiles, y otros escenarios donde los requisitos de rango de temperatura no son particularmente altos.
Sensor de temperatura de fibra óptica fluorescente
El rango de temperatura ambiental aplicable es amplio., de bajo a menos Baidu a alto a varios cientos de grados, que puede satisfacer las necesidades de medición de diversos entornos de temperatura, como el monitoreo de temperatura en algunos entornos experimentales de física de baja temperatura y entornos de reacción industrial de alta temperatura.

3.2 Linealidad

Par termoeléctrico
La función de transferencia de temperatura a voltaje de los termopares muestra no linealidad y requiere circuitos de compensación o tablas de búsqueda para corregir la no linealidad..
termistor
La relación entre la resistencia de un termistor y su temperatura es muy no lineal, y su linealidad es relativamente pobre. Sin embargo, Se puede utilizar en algunos escenarios de medición simples que no requieren una alta linealidad..
Sensor de carburo de silicio
No hay mención específica de su linealidad., pero debido al uso de características de resistencia para medir la temperatura, puede haber cierta no linealidad. Sin embargo, Las principales ventajas en la medición de alta temperatura son la resistencia a altas temperaturas y la respuesta rápida..
Resistencia térmica
La respuesta de los termistores. (como RTD) es casi lineal, pero también hay alguna desviación. Sin embargo, comparado con termistores, Tienen mejor linealidad y son más ventajosos en escenarios de medición de alta precisión..
Sensor de temperatura infrarrojo
La linealidad depende principalmente del diseño y calibración del sensor.. En términos generales, Puede proporcionar mediciones relativamente estables dentro de su rango operativo normal., pero puede verse afectado por factores como las características de la superficie del objeto., resultando en cierta no linealidad.
Sensor de temperatura integrado
Tiene buena linealidad., integrando elementos sensores de temperatura, circuitos de expansión, circuitos de compensación, etc.. en un pequeño chip, lo que ayuda a mejorar la linealidad y acercar la relación entre la señal de salida y la temperatura a la linealidad.
Sensor de temperatura de fibra óptica fluorescente
El sensor de fibra óptica fluorescente de tipo intensidad se ve afectado por la microflexión., enganche, dispersión, y reflejo posterior de la fibra, causando perturbaciones de intensidad y afectando la linealidad hasta cierto punto; Los sensores de vida útil de la fluorescencia son relativamente más estables porque la relación entre la vida útil de la fluorescencia y la temperatura es esencialmente intrínseca., independiente de la intensidad de la luz, y tiene ciertas ventajas en este sentido.

3.3 Requisitos de calibración

Par termoeléctrico
Es necesario compensar la no linealidad de los termopares., Usualmente usando circuitos de compensación o tablas de búsqueda.. Es posible que se requiera una calibración regular durante el uso para garantizar la precisión de la medición., especialmente en escenarios de medición de alta precisión.
termistor
Si queremos mejorar la precisión de la medición, puede ser necesario manejar su no linealidad, como el uso de conjuntos de termistores, y es posible que se requiera calibración según escenarios de aplicación específicos, especialmente en situaciones donde se requiere alta precisión.
Sensor de carburo de silicio
El material de referencia no menciona explícitamente los requisitos de calibración., pero en general, La calibración también puede ser necesaria en escenarios de medición de alta precisión para garantizar la precisión de la medición..
Resistencia térmica
Por ejemplo, cuando RTD se utiliza en aplicaciones de alta precisión, Puede ser necesario digitalizar los valores de resistencia medidos y utilizar la tabla de datos almacenada en el microcontrolador para corregir la no linealidad según la curva de temperatura de resistencia calibrada.. También se requiere una calibración regular.
Sensor de temperatura infrarrojo
La calibración es necesaria para garantizar la precisión de las mediciones., especialmente al medir la temperatura de la superficie de diferentes tipos de objetos en diferentes condiciones ambientales. La calibración puede mejorar la precisión de la medición.
Sensor de temperatura integrado
No es necesario realizar ninguna calibración adicional durante el uso de sensores IC integrados, que es una de sus ventajas y adecuada para algunos escenarios con bajos requisitos de calibración, como productos portátiles.
Sensor de temperatura de fibra óptica fluorescente
Los sensores de vida útil de la fluorescencia se pueden convertir en sensores de temperatura de fibra óptica autocalibrados porque la relación entre la vida útil de la fluorescencia y la temperatura es intrínseca e independiente de la intensidad de la luz.; El tipo de intensidad puede verse afectado por las características de transmisión de las fibras ópticas y puede requerir calibración en algunos casos., pero en general los requisitos de calibración son relativamente bajos.

3.4 Velocidad de respuesta

Par termoeléctrico
Los termopares tienen una sensibilidad relativamente baja y una masa térmica baja., y puede responder rápidamente a los cambios de temperatura. Son adecuados para escenarios industriales que requieren una detección rápida de cambios de temperatura., como el control de temperatura en hornos.
termistor
La velocidad de respuesta depende de factores como el material y la estructura del termistor.. En términos generales, Puede responder rápidamente a los cambios de temperatura., especialmente en escenarios donde los umbrales de temperatura se detectan rápidamente, y funciona bien.
Sensor de carburo de silicio
Debido a su baja capacidad térmica y rápida velocidad de respuesta, Tiene ventajas en escenarios de medición de alta temperatura que requieren una respuesta rápida., como el control de la temperatura en determinados procesos de reacción química a alta temperatura.
Resistencia térmica
La velocidad de respuesta de la resistencia térmica es relativamente rápida., que puede reflejar los cambios de temperatura de manera oportuna y cumplir con los requisitos de respuesta rápida en el campo del control de temperatura.
Sensor de temperatura infrarrojo
Velocidad de respuesta rápida, capaz de medir en tiempo real la temperatura de la superficie de los objetos, Ampliamente utilizado en escenarios donde se requiere un seguimiento rápido de los cambios de temperatura., como el control de la temperatura de la superficie de equipos industriales o el control de la temperatura del personal.
Sensor de temperatura integrado
Tiene la característica de respuesta rápida., gracias a su diseño integrado, que puede responder rápidamente a los cambios de temperatura y es adecuado para escenarios como dispositivos electrónicos que requieren velocidad de respuesta.
Sensor de temperatura de fibra óptica fluorescente
Velocidad de respuesta rápida, Capaz de monitorear los cambios de temperatura en tiempo real y responder de inmediato., Se puede utilizar en escenarios que requieren altos cambios de temperatura en tiempo real., como el monitoreo de temperatura en algunos procesos industriales.

4、 Ventajas del sensor de temperatura de fibra óptica fluorescente

4.1 Alta precisión

Los materiales fluorescentes son particularmente sensibles a los cambios de temperatura., Hacer que los sensores de temperatura de fibra fluorescente tengan una alta precisión de medición. Por ejemplo, en investigación de laboratorio o control de procesos industriales que requieren una precisión de temperatura extremadamente alta, es posible medir con precisión los cambios de temperatura.
Respuesta rápida
Puede monitorear los cambios de temperatura en tiempo real y responder de inmediato. En reacciones químicas, es necesario obtener rápidamente cambios de temperatura para el control de la reacción, y los sensores de temperatura de fibra óptica fluorescentes pueden cumplir este requisito.

4.2 Medición de resistencia de alto voltaje

El sensor de temperatura de fibra óptica fluorescente no tiene contacto eléctrico., Puede soportar un alto voltaje de 100KV, está aislado de forma segura, y se puede instalar en aparamenta de alta tensión para medir la temperatura de barras colectoras y contactos.

4.3 Fuerte capacidad antiinterferencia

No se ve afectado por señales de interferencia y puede funcionar normalmente en entornos electromagnéticos complejos.. Aún se pueden realizar mediciones de temperatura precisas alrededor de equipos eléctricos de alto voltaje o en entornos industriales con fuertes interferencias electromagnéticas., como subestaciones y subestaciones de alta tensión.

4.4 Estabilidad a largo plazo

Los materiales fluorescentes tienen una gran durabilidad y estabilidad., y los sensores pueden mantener una alta estabilidad de rendimiento durante el uso a largo plazo. Para algunos escenarios que requieren un monitoreo continuo de la temperatura a largo plazo, como el control de la temperatura de equipos industriales que funcionan durante mucho tiempo, la estabilidad es una ventaja importante.

4.5 Amplio entorno aplicable

Adecuado para una amplia gama de temperaturas ambientales., de bajo a menos Baidu a alto a varios cientos de grados. Se puede utilizar tanto en entornos de congelación de baja temperatura como en entornos de hornos industriales de alta temperatura..

4.6 Seguridad intrínseca

La fibra óptica en sí no está cargada y tiene características de seguridad inherentes.. Es muy seguro de usar en entornos peligrosos, como entornos inflamables y explosivos., como el control de temperatura en entornos industriales a prueba de explosiones, como petroquímicos y carbón.

4.7 Autocalibración (algunos tipos)

Los sensores de vida útil de la fluorescencia se pueden convertir en sensores de temperatura de fibra óptica autocalibrados porque la relación entre la vida útil de la fluorescencia y la temperatura es esencialmente intrínseca e independiente de la intensidad de la luz., Reducir la frecuencia y la complejidad de la calibración..

5、 Cómo elegir el mejor sensor de temperatura en aplicaciones prácticas

5.1 Aclarar los requisitos de medición.

Rango de medición: Primero, determinar el rango de temperatura que debe medirse. Si es un ambiente de alta temperatura, como hornos en la industria metalúrgica, Los termopares o los sensores de carburo de silicio pueden ser mejores opciones.; Si está en el rango de temperatura media a baja., tales como monitoreo general de la temperatura interior o control de temperatura de laboratorio de rutina, La resistencia térmica o los sensores de temperatura integrados pueden ser más adecuados.. Por ejemplo, en la medición de temperatura entre -200 ℃ y+750 ℃, El termistor puede proporcionar alta precisión.; En mediciones de alta temperatura anteriores 850 ℃, Los termopares son más adecuados..

5.2 Requisitos de precisión

: Para escenarios de alta precisión, como medición precisa de temperatura en investigación científica o control de procesos industriales de alta precisión, Se da prioridad a los sensores de alta precisión, como resistencias térmicas y sensores de temperatura de fibra fluorescente.. En algunos entornos industriales comunes o entornos de la vida diaria donde los requisitos de precisión no son particularmente altos, como el control de temperatura del aire acondicionado interior, Los termistores o sensores de temperatura infrarrojos pueden ser suficientes para satisfacer las necesidades..

5.3 Tiempo de respuesta

Si la aplicación requiere una respuesta rápida a los cambios de temperatura, como en el monitoreo de temperatura de algunos procesos de reacción química o equipos en movimiento de alta velocidad, termopares, sensores de carburo de silicio, sensores de temperatura de fibra fluorescente, y otros sensores con tiempos de respuesta rápidos son mejores opciones. En algunos escenarios donde la respuesta a los cambios de temperatura no es particularmente urgente, como el control de la temperatura en los almacenes, Los sensores con velocidades de respuesta ligeramente más lentas también pueden cumplir los requisitos..
Considere los factores ambientales

5.4 Entorno electromagnético

: En entornos con fuertes interferencias electromagnéticas, como alrededor de subestaciones y equipos eléctricos de alto voltaje, 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, Los sensores de tamaño pequeño, como los sensores de temperatura integrados y los termistores pequeños, tienen más ventajas.. En equipos grandes o entornos espaciosos como grandes almacenes o monitoreo de temperatura exterior, El tamaño de los sensores no es el principal factor limitante., y se pueden seleccionar sensores que sean más adecuados para los requisitos de medición.

5.7 Análisis costo beneficio

Es necesario considerar los factores de costo al cumplir con los requisitos ambientales y de medición.. Si el presupuesto es limitado, Se pueden preferir sensores de costo relativamente bajo, como termistores y termopares.; Si el costo no es particularmente sensible y se pone más énfasis en el rendimiento y la estabilidad de la medición, sensores de temperatura de fibra óptica fluorescentes, resistencias térmicas de alta precisión, etc.. pueden ser mejores opciones. Por ejemplo, en alguna producción industrial a gran escala, si es necesario instalar una gran cantidad de sensores de temperatura, Los termopares o termistores de bajo costo pueden ser más rentables.; En algunos escenarios industriales especiales que requieren seguridad y precisión extremadamente altas, como el control de la temperatura en las centrales nucleares, incluso si el costo es alto, Todavía se eligen sensores de alto rendimiento, como sensores de temperatura de fibra fluorescente..

5.8 Fiabilidad y estabilidad

Para aplicaciones que requieren un funcionamiento continuo a largo plazo, como el monitoreo de temperatura a largo plazo de grandes equipos industriales o estaciones de monitoreo de temperatura ambiental a largo plazo, La fiabilidad y estabilidad de los sensores son cruciales.. Sensores de temperatura de fibra óptica fluorescentes, resistencias térmicas, y otros sensores con alta estabilidad son mejores opciones.