Quel est le meilleur capteur pour mesurer la température?-INNO

Fluorescent fiber optic temperature sensors have become one of the best choices for measuring temperature due to their advantages such as safe insulation, haute précision, réponse rapide, résistance à haute tension, résistance aux interférences électromagnétiques, stabilité à long terme, wide environmental adaptability, and flexibility.

1、 Principe de fonctionnement de capteur de température à fibre optique fluorescent

Fluorescent capteur de température à fibre optique is a temperature measurement sensor based on the principle of fluorescence. Its working principle is based on the characteristics of fluorescent materials, which are materials that can absorb a certain wavelength of light and emit longer wavelengths of light. A typical fluorescent fiber optic temperature sensor includes several parts such as light source, fibre optique, fluorescent material, and spectrometer. Premièrement, the light source generates excitation light of a certain wavelength, qui est transmis au matériau fluorescent par des fibres optiques. Après avoir absorbé la lumière d'excitation, les matériaux fluorescents émettent des signaux fluorescents avec des longueurs d'onde spécifiques, which are then transmitted back to the spectrometer for detection through optical fibers. Quand la température change, the fluorescence characteristics of fluorescent materials will change, qui peuvent être des changements dans l'intensité de la fluorescence ou des changements dans la longueur d'onde de la fluorescence. La valeur de la température peut être déterminée en mesurant l'intensité ou la longueur d'onde du signal de fluorescence. En outre, il existe un capteur de température à fibre optique fluorescente qui détermine la température ambiante en mesurant la durée de vie de la fluorescence. Ce type de capteur est constitué d'une fibre optique multimode et d'un objet fluorescent (film) installé dessus. La substance fluorescente est excitée par la lumière d'une certaine longueur d'onde (spectre d'excitation) et émet de l'énergie de fluorescence. Après l'annulation de l'excitation, la durée de la rémanence de fluorescence dépend des caractéristiques de la substance fluorescente, température ambiante, et d'autres facteurs. Cette fluorescence excitée décroît généralement de façon exponentielle, et la constante de temps de décroissance est la durée de vie de la fluorescence ou le temps de rémanence de la fluorescence (ns). À différentes températures environnementales, la décroissance de la rémanence de fluorescence est différente, et la température peut être déterminée en mesurant la durée de vie de la fluorescence.
Mesure de la température du transformateur

2、 Types et caractéristiques courants des capteurs de température

2.1 Thermocouple

principe de fonctionnement
Un thermocouple est un capteur composé de deux métaux différents, qui utilise la force électromotrice générée par les changements de température des deux métaux pour mesurer la température. Par exemple, le thermocouple commun de type J est fait de fer et de constantan, et un potentiel thermoélectrique est généré lorsque les températures aux deux extrémités du thermocouple sont différentes (différence de température).
caractéristiques
Large plage de mesure de température: peut être étendu au-dessus 2300 ℃, adapté aux champs de détection à haute température tels que les fours, chauffe-eau, fours, équipement de test, et autres processus industriels.
Faible sensibilité: de l'ordre de plusieurs dizaines de microvolts par degré Celsius, et dans la plage de fonctionnement, nonlinearity in the temperature to voltage transfer function often requires compensation circuits or lookup tables.
Low thermal quality: This allows it to quickly respond to temperature changes.
Simple structure and easy to use: Thermocouples are commonly used contact temperature measuring devices in industry, with stable performance and the ability to transmit signals over long distances.

2.2 Thermistance

principe de fonctionnement
Thermistor is a type of resistive element whose resistance value varies with temperature. Common thermistor materials include platinum (Pt100, Pt1000) and nickel (Ni100, Ni1000).
caractéristiques
High accuracy and linearity (partially): Par exemple, platinum thermistors have relatively good accuracy and linearity, but the overall temperature curve of thermistors has poorer linear characteristics compared to RTDs. Cependant, 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.
Haute sensibilité (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, you can consider using a thermistor array, but this will reduce sensitivity.

2.3 Silicon carbide sensor

principe de fonctionnement
Using the resistance characteristics of silicon carbide materials to measure temperature.
caractéristiques
Résistance aux hautes températures: suitable for high-temperature measurement scenarios.
Low heat capacity: With a fast response speed, it is suitable for applications that require rapid response.

2.4 Thermal resistance

principe de fonctionnement
Thermistor is also a temperature sensitive resistance element, and its resistance value changes with temperature. Les matériaux couramment utilisés pour la thermistance comprennent le nickel-cuivre (NiCu) et platine rhodié (PtRh).
caractéristiques
Haute précision: largement utilisé dans les domaines de la mesure précise et du contrôle de la température.
Une plus grande sensibilité: capable de percevoir les changements de température avec plus de sensibilité.

2.5 Capteur de température infrarouge

principe de fonctionnement
Utiliser le rayonnement infrarouge pour détecter la température de surface d'un objet cible, mesurer la température de surface de l'objet en détectant l'énergie du rayonnement infrarouge sur sa surface.
caractéristiques
Mesure sans contact: Il ne nécessite pas de contact direct avec des objets et peut être largement utilisé dans le contrôle industriel, surveillance de la température, équipement médical, appareils électroménagers, et champs de surveillance environnementale pour une mesure et une surveillance précises des changements de température.
Affecté par les caractéristiques de surface de l'objet: Par exemple, l'émissivité et d'autres caractéristiques de surface de l'objet peuvent affecter la précision de la mesure.

2.6 Capteur de température intégré

principe de fonctionnement
Intégrer des composants de détection de température, circuits d'expansion, circuits de compensation, etc.. sur une toute petite puce.
caractéristiques
Bonne linéarité: Il existe une bonne relation linéaire entre le signal de sortie et la température.
Réponse rapide: capable de réagir rapidement aux changements de température.
Normalisation des exportations: facile à utiliser et à intégrer dans divers appareils.

2.7 Thermomètre élargi

principe de fonctionnement
Fabriqué sur la base du principe de dilatation thermique et de contraction des objets.
caractéristiques
Couramment utilisé pour mesurer les changements de température sur une large plage: utilisé dans des scénarios où la précision n'est pas extrêmement élevée et où une grande plage de température doit être mesurée.

2.8 Capteur de pression et de température

principe de fonctionnement
Un capteur multifonctionnel capable de mesurer simultanément la température et la pression, utilizing a certain physical relationship between pressure and temperature to achieve temperature measurement (the specific relationship varies depending on the sensor design).
caractéristiques
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 Plage de mesure

Thermocouple
The working temperature range can be extended to above 2300 ℃, and K-type thermocouples, J-type thermocouples, etc.. perform well in high-temperature measurement and are suitable for high-temperature industrial environments such as metallurgy and glass manufacturing.
Thermistance
The working temperature range of different types of thermistors varies, and they are generally suitable for a wider temperature range. Cependant, compared to thermocouples, leurs performances à haute température sont limitées. Par exemple, les thermistances en platine courantes ont une plage de températures de fonctionnement relativement large, mais peut ne pas être aussi adapté que les thermocouples dans les environnements à ultra haute température.
Silicon carbide sensor
Il convient principalement à la mesure de hautes températures, et sa résistance aux températures élevées le rend plus avantageux que de nombreux autres capteurs dans des environnements à haute température. Cependant, sa précision de mesure ou son applicabilité dans la plage de basses températures peuvent ne pas être aussi bonnes que celles de certains autres capteurs.
Thermal resistance
Par exemple, Les thermomètres à résistance en platine peuvent être utilisés pour mesurer la température entre -200 ℃ et +750 ℃, offrant une grande précision dans cette plage. Ils conviennent aux scénarios de mesure de haute précision à moyennes et basses températures, such as temperature measurement in laboratory environments or measurement in the medium and low temperature range of some industrial processes.
Capteur de température infrarouge
The measurable temperature range is wide, but there may be a decrease in accuracy at extremely low or high temperatures. Its measurement range is limited by the infrared radiation characteristics of the object and the performance of the sensor itself, and is generally suitable for temperature monitoring in conventional industrial and living environments.
Capteur de température intégré
The working temperature range is usually from -55 ° C to+150 ° C (a few special IC sensors can work up to+200 ° C), suitable for general electronic devices, wearable devices, and other scenarios where temperature range requirements are not particularly high.
Capteur de température à fibre optique fluorescente
La plage de températures ambiantes applicable est large, de faible à moins Baidu à élevé à plusieurs centaines de degrés, qui peut répondre aux besoins de mesure de divers environnements de température, comme la surveillance de la température dans certains environnements expérimentaux de physique à basse température et dans des environnements de réaction industrielle à haute température.

3.2 Linéarité

Thermocouple
La fonction de transfert de température à tension des thermocouples présente une non-linéarité et nécessite des circuits de compensation ou des tables de conversion pour corriger la non-linéarité..
Thermistance
La relation entre la résistance d'une thermistance et sa température est très non linéaire, et sa linéarité est relativement mauvaise. Cependant, il peut être utilisé dans certains scénarios de mesure simples qui ne nécessitent pas une linéarité élevée.
Silicon carbide sensor
Il n'y a aucune mention spécifique de sa linéarité, mais en raison de l'utilisation de caractéristiques de résistance pour mesurer la température, il peut y avoir une certaine non-linéarité. Cependant, les principaux avantages de la mesure à haute température sont la résistance aux températures élevées et la réponse rapide.
Thermal resistance
La réponse des thermistances (comme les RTD) est presque linéaire, mais il y a aussi une certaine déviation. Cependant, par rapport aux thermistances, ils ont une meilleure linéarité et sont plus avantageux dans les scénarios de mesure de haute précision.
Capteur de température infrarouge
La linéarité dépend principalement de la conception et de l'étalonnage du capteur. En général, il peut fournir des mesures relativement stables dans sa plage de fonctionnement normale, mais peut être affecté par des facteurs tels que les caractéristiques de surface de l'objet, entraînant une certaine non-linéarité.
Capteur de température intégré
Il a une bonne linéarité, intégrer des éléments de détection de température, circuits d'expansion, circuits de compensation, etc.. sur une petite puce, which helps to improve linearity and make the relationship between output signal and temperature closer to linearity.
Capteur de température à fibre optique fluorescente
The intensity type fluorescent fiber optic sensor is affected by the micro bending, couplage, scattering, and back reflection of the fiber, 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 Exigences d'étalonnage

Thermocouple
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, especially in high-precision measurement scenarios.
Thermistance
Si nous voulons améliorer la précision des mesures, il peut être nécessaire de gérer sa non-linéarité, comme l'utilisation de réseaux de thermistances, et un étalonnage peut être requis selon des scénarios d'application spécifiques, surtout dans les situations où une grande précision est requise.
Silicon carbide sensor
Le document de référence ne mentionne pas explicitement les exigences d'étalonnage, mais d'une manière générale, l'étalonnage peut également être nécessaire pour des scénarios de mesure de haute précision afin de garantir l'exactitude des mesures.
Thermal resistance
Par exemple, lorsque RTD est utilisé dans des applications de haute précision, il peut être nécessaire de numériser les valeurs de résistance mesurées et d'utiliser le tableau de données stocké dans le microcontrôleur pour corriger la non-linéarité en fonction de la courbe de température de résistance calibrée. Un étalonnage régulier est également requis.
Capteur de température infrarouge
L'étalonnage est nécessaire pour garantir l'exactitude des mesures, en particulier lors de la mesure de la température de surface de différents types d'objets dans différentes conditions environnementales. L'étalonnage peut améliorer la précision des mesures.
Capteur de température intégré
Aucun étalonnage supplémentaire n'est nécessaire lors de l'utilisation de capteurs IC intégrés, ce qui est l'un de ses avantages et convient à certains scénarios avec de faibles exigences d'étalonnage, tels que les produits portables.
Capteur de température à fibre optique fluorescente
Les capteurs à durée de vie de fluorescence peuvent être transformés en capteurs de température à fibre optique à auto-étalonnage, car la relation entre la durée de vie de la fluorescence et la température est intrinsèque et indépendante de l'intensité lumineuse.; Le type d'intensité peut être affecté par les caractéristiques de transmission des fibres optiques et peut nécessiter un étalonnage dans certains cas., mais dans l'ensemble, les exigences d'étalonnage sont relativement faibles.

3.4 Vitesse de réponse

Thermocouple
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.
Thermistance
The response speed depends on factors such as the material and structure of the thermistor. En général, it can respond quickly to temperature changes, especially in scenarios where temperature thresholds are quickly detected, and it performs well.
Silicon carbide 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.
Thermal resistance
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.
Capteur de température infrarouge
Vitesse de réponse rapide, 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.
Capteur de température intégré
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.
Capteur de température à fibre optique fluorescente
Vitesse de réponse rapide, 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、 Avantages du capteur de température à fibre optique fluorescente

4.1 Haute précision

Fluorescent materials are particularly sensitive to temperature changes, making fluorescent fiber temperature sensors have high measurement accuracy. Par exemple, in laboratory research or industrial process control that require extremely high temperature accuracy, it is possible to accurately measure temperature changes.
Réponse rapide
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 Forte capacité anti-interférence

Il n'est pas affecté par les signaux d'interférence et peut fonctionner normalement dans des environnements électromagnétiques complexes. Une mesure précise de la température peut toujours être effectuée à proximité d'équipements électriques à haute tension ou dans des environnements industriels soumis à de fortes interférences électromagnétiques., tels que les sous-stations et les sous-stations à haute tension.

4.4 Stabilité à long terme

Les matériaux fluorescents ont une forte durabilité et stabilité, et les capteurs peuvent maintenir une stabilité de haute performance pendant une utilisation à long terme. Pour certains scénarios nécessitant une surveillance continue de la température à long terme, comme la surveillance de la température des équipements industriels qui fonctionnent pendant une longue période, la stabilité est un avantage important.

4.5 Large environnement applicable

Convient à une large gamme de températures environnementales, de faible à moins Baidu à élevé à plusieurs centaines de degrés. Il peut être utilisé à la fois dans des environnements de congélation à basse température et dans des environnements de fours industriels à haute température..

4.6 Sécurité intrinsèque

La fibre optique elle-même n'est pas chargée et possède des caractéristiques de sécurité inhérentes. Il est très sûr à utiliser dans des environnements dangereux tels que les environnements inflammables et explosifs, comme la surveillance de la température dans des environnements industriels antidéflagrants tels que la pétrochimie et le charbon.

4.7 Auto-étalonnage (certains types)

Les capteurs à durée de vie de fluorescence peuvent être transformés en capteurs de température à fibre optique à auto-étalonnage, car la relation entre la durée de vie de la fluorescence et la température est essentiellement intrinsèque et indépendante de l'intensité de la lumière., réduisant la fréquence et la complexité de l’étalonnage.

5、 Comment choisir le meilleur capteur de température dans des applications pratiques

5.1 Clarifier les exigences de mesure

Plage de mesure: D'abord, déterminer la plage de température qui doit être mesurée. S'il s'agit d'un environnement à haute température, comme les fours dans l'industrie métallurgique, les thermocouples ou les capteurs en carbure de silicium peuvent être de meilleurs choix; If it is in the medium to low temperature range, such as general indoor temperature monitoring or routine laboratory temperature control, thermal resistance or integrated temperature sensors may be more suitable. Par exemple, in temperature measurement between -200 ℃ et +750 ℃, thermistor can provide high accuracy; In high-temperature measurements above 850 ℃, thermocouples are more suitable.

5.2 Exigences de précision

: For high-precision scenarios such as precise temperature measurement in scientific research or high-precision industrial process control, sensors with high accuracy such as thermal resistors and fluorescent fiber temperature sensors are given priority consideration. In some ordinary industrial environments or daily living environments where precision requirements are not particularly high, such as indoor air conditioning temperature control, thermistors or infrared temperature sensors may be sufficient to meet the needs.

5.3 Temps de réponse

If the application requires rapid response to temperature changes, such as in temperature monitoring of some chemical reaction processes or high-speed moving equipment, thermocouples, silicon carbide sensors, capteurs de température à fibre fluorescente, 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 Environnement électromagnétique

: In environments with strong electromagnetic interference, 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. Dans les scénarios où l'environnement électromagnétique est généralement faible, comme la mesure de la température dans les environnements domestiques ordinaires, divers capteurs peuvent être utilisés normalement.

5.5 Environnement chimique

: S'il se trouve dans un environnement contenant des gaz ou des produits chimiques corrosifs, comme les ateliers de production chimique, les capteurs ayant une bonne résistance à la corrosion tels que les capteurs de température à fibre fluorescente et les résistances thermiques sont plus adaptés. Pour les environnements ordinaires, tels que les environnements de bureau, la résistance à la corrosion des capteurs n'est pas la considération primordiale.

5.6 Limites d'espace

: Lorsque l’espace de mesure est limité, comme la mesure de la température à l'intérieur de certains petits appareils électroniques, les capteurs de petite taille tels que les capteurs de température intégrés et les petites thermistances présentent plus d'avantages. Dans de gros équipements ou des environnements spacieux tels que de grands entrepôts ou la surveillance de la température extérieure, la taille des capteurs n'est pas le principal facteur limitant, et des capteurs plus adaptés aux exigences de mesure peuvent être sélectionnés.

5.7 Analyse coûts-avantages

Les facteurs de coût doivent être pris en compte tout en répondant aux exigences de mesure et environnementales. Si le budget est limité, des capteurs relativement peu coûteux tels que des thermistances et des thermocouples peuvent être préférés; Si le coût n’est pas particulièrement sensible et que l’accent est mis davantage sur les performances et la stabilité des mesures, capteurs de température fluorescents à fibre optique, résistances thermiques de haute précision, etc.. peut-être de meilleurs choix. Par exemple, dans certaines productions industrielles à grande échelle, si un grand nombre de capteurs de température doivent être installés, les thermocouples ou thermistances à faible coût peuvent être plus rentables; 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 Reliability and Stability

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. Capteurs de température fluorescents à fibre optique, résistances thermiques, and other sensors with high stability are better choices.