温度を測定するのに最適なセンサーは何ですか?-イノ

蛍光光ファイバー温度センサーは、安全な絶縁などの利点により、温度測定に最適な選択肢の 1 つとなっています。, 高精度, 速い応答, 高耐電圧, 電磁妨害耐性, 長期安定性, 幅広い環境適応力, と柔軟性.

1、の動作原理蛍光光ファイバー温度センサー

蛍光 光ファイバー温度センサー 蛍光の原理を利用した温度測定センサーです。. その動作原理は蛍光物質の特性に基づいています, 特定の波長の光を吸収し、より長い波長の光を放射できる材料です。. 一般的な蛍光式光ファイバー温度センサーには、光源などのいくつかの部品が含まれています。, 光ファイバー, 蛍光物質, と分光計. まず最初に, 光源は特定の波長の励起光を生成します, 光ファイバーを介して蛍光物質に伝達されます。. 励起光吸収後, 蛍光物質は特定の波長の蛍光信号を発します。, その後、光ファイバーを介して検出のために分光計に送り返されます。. 気温が変化すると, 蛍光物質の蛍光特性が変化します, これは、蛍光強度の変化または蛍光波長のシフトである可能性があります。. 温度値は、蛍光シグナルの強度または波長を測定することによって決定できます。. 加えて, 蛍光光ファイバ温度センサーがあり、蛍光の残光寿命の長さを測定することで周囲温度を測定します。. このタイプのセンサーは、マルチモード光ファイバーと蛍光体で構成されています。 (膜) その上に設置されている. 蛍光物質は特定の波長の光によって励起されます。 (励起スペクトル) そして蛍光エネルギーを放出します. 励磁解除後, 蛍光の残光時間は蛍光体の特性に依存します, 環境温度, およびその他の要因. この励起された蛍光は通常、指数関数的に減衰します, 減衰時定数は蛍光寿命または蛍光残光時間です (ns). 異なる環境温度で, 蛍光残光減衰が異なります, 温度は蛍光の残光寿命を測定することで決定できます。.
変圧器の温度測定

2、温度センサーの一般的な種類と特性

2.1 熱電対

動作原理
熱電対は 2 つの異なる金属で構成されるセンサーです, 2つの金属の温度変化によって発生する起電力を利用して温度を測定します。. 例えば, 一般的な J タイプ熱電対は鉄とコンスタンタンでできています, 熱電対の両端の温度が異なると熱電位が発生します。 (温度差).
特性
広い温度測定範囲: 上記まで拡張可能 2300 ℃, オーブンなどの高温検出分野に最適, 給湯器, 窯, 試験装置, およびその他の産業プロセス.
低感度: 摂氏1度あたり数十マイクロボルト程度, そして動作範囲内で, 温度から電圧への伝達関数の非線形性により、多くの場合、補償回路またはルックアップテーブルが必要になります.
熱品質が低い: これにより、温度変化に素早く対応できるようになります。.
シンプルな構造で使いやすい: 熱電対は、業界で一般的に使用される接触式温度測定装置です。, 安定した性能と長距離信号伝送能力を備えています。.

2.2 サーミスター

動作原理
サーミスタは温度によって抵抗値が変化する抵抗素子の一種です. 一般的なサーミスタの材料にはプラチナが含まれます (Pt100, Pt1000) そしてニッケル (Ni100, Ni1000).
特性
高い精度と直線性 (部分的に): 例えば, 白金サーミスタは比較的良好な精度と直線性を持っています, ただし、サーミスタの全体的な温度曲線は、RTD に比べて線形特性が劣ります。. しかし, 高品質で手頃な価格の高精度製品も市場にあります。.
複数のタイプ: さまざまなニーズを満たすことができ、幅広い温度範囲に適しています.
高感度 (部分的): 高感度を必要とするいくつかの単純な測定またはしきい値検出シナリオに応用価値があります。, しかし、測定精度を向上させたい場合は、, サーミスターアレイの使用を検討できます, しかしこれは感度を低下させます.

2.3 炭化ケイ素センサー

動作原理
炭化ケイ素材料の抵抗特性を利用した温度測定.
特性
高温耐性: 高温測定シナリオに適しています.
熱容量が低い: 速い応答速度で, 迅速な応答が必要なアプリケーションに適しています.

2.4 熱抵抗

動作原理
サーミスターも温度に敏感な抵抗素子です, そしてその抵抗値は温度によって変化します. サーミスタに一般的に使用される材料には、ニッケル銅が含まれます。 (NiCu) そしてプラチナロジウム (PtRh).
特性
高精度: 精密測定や温度管理の分野で幅広く使用されています。.
感度の向上: 温度変化をより敏感に感知できるようになる.

2.5 赤外線温度センサー

動作原理
赤外線を利用して対象物の表面温度を検出, 物体の表面の赤外線放射エネルギーを感知して、物体の表面温度を測定する.
特性
非接触測定: 物体に直接接触する必要がないため、産業用制御に広く使用できます。, 温度監視, 医療機器, 家電製品, 温度変化の正確な測定と監視のための環境監視フィールド.
物体の表面特性の影響を受ける: 例えば, 物体の放射率やその他の表面特性は、測定の精度に影響を与える可能性があります.

2.6 統合された温度センサー

動作原理
温度検知コンポーネントを統合, 拡張回路, 補償回路, 等. 非常に小さなチップ上に.
特性
良好な直線性: 出力信号と温度の間には良好な線形関係があります。.
素早い応答: 温度変化に素早く対応できる.
輸出の標準化: 使いやすく、さまざまなデバイスに統合可能.

2.7 拡張温度計

動作原理
物体の熱膨張と収縮の原理に基づいて作られています.
特性
広い範囲にわたる温度変化を測定するために一般的に使用されます: 精度がそれほど高くなく、広い温度範囲を測定する必要があるシナリオで使用されます。.

2.8 圧力および温度センサー

動作原理
温度と圧力を同時に測定できる多機能センサー, 圧力と温度の間の特定の物理的関係を利用して温度測定を実現します (具体的な関係はセンサーの設計によって異なります).
特性
多機能性: 温度と圧力を同時に測定する必要があるシナリオでは、独自の利点があります。, 一部の化学プロセスや流体システムなど.

3、さまざまな温度センサーの性能比較

3.1 測定範囲

熱電対
使用温度範囲は上記まで拡張可能 2300 ℃, およびK型熱電対, J型熱電対, 等. 高温測定で優れた性能を発揮し、冶金やガラス製造などの高温の工業環境に適しています。.
サーミスター
サーミスタの種類によって使用温度範囲は異なります。, 一般に、より広い温度範囲に適しています。. しかし, 熱電対との比較, 高温性能には限界がある. 例えば, 一般的な白金サーミスタは比較的広い動作温度範囲を持っています, ただし、超高温環境では熱電対ほど適さない場合があります.
炭化ケイ素センサー
主に高温測定に適しています, 高温耐性により、高温環境において他の多くのセンサーよりも有利になります。. しかし, 低温範囲での測定精度や適用性は他のセンサーほど良くない可能性があります.
熱抵抗
例えば, 白金測温抵抗体は、以下の温度測定に使用できます。 -200 ℃および+750℃, この範囲内で高い精度が得られます. 中低温での高精度測定シナリオに適しています。, 実験室環境での温度測定や、一部の工業プロセスの中低温範囲での測定など.
赤外線温度センサー
測定可能な温度範囲が広い, ただし、極度の低温または高温では精度が低下する可能性があります。. 測定範囲は、物体の赤外線放射特性とセンサー自体の性能によって制限されます。, 通常、従来の産業環境や生活環境での温度監視に適しています。.
統合された温度センサー
使用温度範囲は通常～～ -55 ℃～+150℃ (いくつかの特別な IC センサーは +200 °C まで動作可能), 一般的な電子機器に適しています, ウェアラブルデバイス, および温度範囲要件が特に高くないその他のシナリオ.
蛍光ファイバー光温度センサー
適用環境温度範囲が広い, 低温からマイナス百度まで、高温から数百度まで, さまざまな温度環境の測定ニーズに対応します, 一部の低温物理実験環境や高温工業反応環境における温度モニタリングなど.

3.2 直線性

熱電対
熱電対の温度から電圧への伝達関数は非直線性を示すため、非直線性を補正するには補償回路またはルックアップテーブルが必要です。.
サーミスター
サーミスタの抵抗と温度の関係は非常に非線形です, そしてその直線性は比較的悪いです. しかし, 高い直線性を必要としないいくつかの単純な測定シナリオで使用できます。.
炭化ケイ素センサー
その直線性については特に言及されていない, ただし、温度を測定するために抵抗特性を使用しているため、, 何らかの非線形性がある可能性があります. しかし, 高温測定における主な利点は、高温耐性と高速応答です。.
熱抵抗
サーミスタの応答 (RTDなど) ほぼ直線的です, しかし、多少の偏りもあります. しかし, サーミスタと比較して, 直線性が優れており、高精度の測定シナリオでより有利です。.
赤外線温度センサー
直線性は主にセンサーの設計と校正に依存します. 一般的に言えば, 通常の動作範囲内で比較的安定した測定を提供できます。, ただし、オブジェクトの表面特性などの要因の影響を受ける可能性があります, 特定の非線形性が生じる.
統合された温度センサー
直線性が良いです, 温度検知素子を統合, 拡張回路, 補償回路, 等. 小さなチップ上に, これは直線性を改善し、出力信号と温度の関係を直線性に近づけるのに役立ちます。.
蛍光ファイバー光温度センサー
強度型蛍光光ファイバーセンサーは微小曲げの影響を受けます, カップリング, 散乱, ファイバーの後方反射, 強度の乱れを引き起こし、直線性にある程度の影響を与える; 蛍光寿命と温度の関係は本質的に固有であるため、蛍光寿命センサーは比較的安定しています。, 光の強さに関係なく, この点に関しては一定の利点があります.

3.3 校正要件

熱電対
熱電対の非直線性を補償する必要がある, 通常は補償回路またはルックアップテーブルを使用します. 測定精度を確保するために、使用中に定期的な校正が必要になる場合があります, 特に高精度の測定シナリオでは.
サーミスター
測定精度を向上させたい場合, その非線形性を処理する必要があるかもしれません, サーミスターアレイの使用など, 特定のアプリケーションシナリオに応じて校正が必要になる場合があります, 特に高い精度が要求される状況では.
炭化ケイ素センサー
参考資料には校正要件が明示的に記載されていません, しかし一般的に言えば, 高精度の測定シナリオでは、測定精度を確保するために校正が必要になる場合もあります。.
熱抵抗
例えば, 測温抵抗体を高精度用途に使用する場合, 測定された抵抗値をデジタル化し、マイクロコントローラーに保存されているデータテーブルを使用して、校正された抵抗温度曲線に基づいて非直線性を補正する必要がある場合があります。. 定期的な校正も必要です.
赤外線温度センサー
測定の精度を確保するには校正が必要です, 特に、異なる環境条件下で異なる種類の物体の表面温度を測定する場合. 校正により測定精度が向上します.
統合された温度センサー
統合された IC センサーの使用中に追加のキャリブレーションは必要ありません。, これはその利点の 1 つであり、キャリブレーション要件が低い一部のシナリオに適しています。, ウェアラブル製品など.
蛍光ファイバー光温度センサー
蛍光寿命と温度の関係は本質的であり、光の強度とは無関係であるため、蛍光寿命センサーを自己校正型光ファイバー温度センサーにすることができます。; 強度タイプは光ファイバーの伝送特性の影響を受ける可能性があり、場合によっては校正が必要になる場合があります, しかし、全体的に校正要件は比較的低いです.

3.4 応答速度

熱電対
熱電対は感度が比較的低く、熱質量が小さい, 温度変化にも素早く対応できる. 温度変化を迅速に検知する必要がある産業シナリオに適しています。, 窯内の温度監視など.
サーミスター
応答速度はサーミスタの材質や構造などによって異なります。. 一般的に言えば, 温度変化に素早く対応できる, 特に温度しきい値がすぐに検出されるシナリオでは, そしてそれはうまく機能します.
炭化ケイ素センサー
熱容量が小さく応答速度が速いため, 迅速な応答が必要な高温測定シナリオに利点があります。, 特定の高温化学反応プロセスにおける温度監視など.
熱抵抗
熱抵抗の応答速度が比較的速い, 温度変化をタイムリーに反映し、温度制御分野における高速応答の要件を満たします。.
赤外線温度センサー
応答速度が速い, 物体の表面温度をリアルタイムに測定可能, 温度変化の迅速な監視が必要なシナリオで広く使用されています, 産業機器の表面温度監視や従業員の体温検査など.
統合された温度センサー
レスポンスが早いのが特徴です, 統合されたデザインのおかげで, 温度変化に素早く対応し、応答速度が要求される電子機器などのシーンに最適です。.
蛍光ファイバー光温度センサー
応答速度が速い, 温度変化をリアルタイムで監視し、即座に対応できる, リアルタイムの温度変化が必要なシナリオで使用可能, 一部の工業プロセス監視における温度監視など.

4、蛍光式光ファイバー温度センサーの利点

4.1 高精度

蛍光物質は特に温度変化に敏感です。, 蛍光ファイバー温度センサーの高い測定精度を実現. 例えば, 非常に高い温度精度が必要な実験室研究や産業プロセス制御, 温度変化を正確に測定できる.
素早い対応
温度変化をリアルタイムで監視し、即座に対応可能. 化学反応では, 反応制御のために温度変化を素早く取得する必要がある, 蛍光ファイバー光温度センサーはこの要件を満たすことができます。.

4.2 高電圧抵抗測定

蛍光ファイバー光温度センサーには電気接点がありません。, 100KVの高電圧に耐えることができます, 安全に絶縁されています, 高電圧開閉装置に取り付けてバスバーと接点の温度を測定できます。.

4.3 強力な抗干渉能力

干渉信号の影響を受けず、複雑な電磁環境でも正常に動作します。. 高電圧電力機器の周囲や強い電磁干渉のある産業環境でも正確な温度測定を実行できます。, 変電所や高圧変電所など.

4.4 長期安定性

蛍光体は耐久性と安定性に優れています。, センサーは長期間の使用でも高いパフォーマンスの安定性を維持できます。. 長期にわたる継続的な温度監視が必要な一部のシナリオ向け, 長時間稼働する産業機器の温度監視など, 安定性は重要な利点です.

4.5 幅広い適用環境

幅広い環境温度に適合, 低温からマイナス百度まで、高温から数百度まで. 低温冷凍環境でも高温工業炉環境でも使用可能.

4.6 本質安全防爆

光ファイバー自体は帯電しておらず、固有の安全特性を備えています. 可燃性や爆発性の環境などの危険な環境で使用しても非常に安全です。, 石油化学製品や石炭などの防爆産業環境での温度監視など.

4.7 自己校正 (いくつかのタイプ)

蛍光寿命と温度の関係は本質的に固有であり、光の強度とは無関係であるため、蛍光寿命センサーを自己校正型光ファイバー温度センサーにすることができます。, 校正の頻度と複雑さを軽減する.

5、実際のアプリケーションで最適な温度センサーを選択する方法

5.1 測定要件を明確にする

測定範囲: 初め, 測定する必要がある温度範囲を決定する. 高温環境の場合, 冶金産業の炉など, 熱電対または炭化ケイ素センサーがより良い選択となる可能性があります; 中～低温域の場合, 一般的な室内温度監視や日常的な実験室温度制御など, 熱抵抗または統合温度センサーの方が適している場合があります。. 例えば, 間の温度測定では -200 ℃および+750℃, サーミスタは高精度を提供できます; 上記の高温測定では 850 ℃, 熱電対の方が適しています.

5.2 精度要件

: 科学研究における正確な温度測定や高精度の工業プロセス制御などの高精度シナリオ向け, 感熱抵抗器や蛍光ファイバー温度センサーなどの高精度センサーを優先的に検討. 精度要件が特に高くない、一部の通常の産業環境または日常生活環境, 室内空調の温度管理など, サーミスターまたは赤外線温度センサーでニーズを満たすのに十分な場合があります.

5.3 応答時間

アプリケーションが温度変化に迅速に応答する必要がある場合, 一部の化学反応プロセスや高速移動装置の温度監視など, 熱電対, 炭化ケイ素センサー, 蛍光ファイバー温度センサー, 応答時間が速い他のセンサーの方が良い選択です. 温度変化への対応が特に緊急ではない一部のシナリオでは, 倉庫内の温度監視など, 応答速度が若干遅いセンサーでも要件を満たすことができます。.
環境要因を考慮する

5.4 電磁環境

: 強い電磁妨害のある環境では, 変電所や高圧電力設備の周囲など, 電磁干渉に強いセンサー, 蛍光ファイバー温度センサーや熱電対など, が好まれます. 一般に電磁環境が弱いシナリオでは, 一般家庭環境における温度測定など, 各種センサーは正常に使用可能.

5.5 化学環境

: 腐食性ガスや薬品が存在する環境の場合, 化学品製造ワークショップなど, 蛍光ファイバー温度センサーや感熱抵抗器などの耐食性の良いセンサーが適しています。. 通常の環境向け, オフィス環境など, センサーの耐食性は主要な考慮事項ではありません.

5.6 スペースの制限

: 測定スペースが限られている場合, 一部の小型電子機器内の温度測定など, 統合型温度センサーや小型サーミスターなどの小型センサーには、さらに多くの利点があります. 大型の設備や広い倉庫、屋外の温度監視などの広い環境, センサーのサイズは主な制限要因ではありません, 測定要件により適したセンサーを選択できます.

5.7 費用便益分析

測定要件と環境要件を満たす一方で、コスト要因を考慮する必要がある. 予算が限られている場合, サーミスターや熱電対などの比較的低コストのセンサーが好ましい場合があります。; コストを特に重視せず、測定性能と安定性をより重視する場合, 蛍光光ファイバー温度センサー, 高精度熱抵抗器, 等. より良い選択かもしれない. 例えば, 一部の大規模工業生産では, 多数の温度センサーを取り付ける必要がある場合, 低コストの熱電対またはサーミスタの方が費用対効果が高い場合があります; 非常に高い安全性と精度が必要とされる一部の特殊な産業シナリオでは, 原子力発電所の温度監視など, たとえコストが高くても, 蛍光ファイバー温度センサーなどの高性能センサーが依然として選ばれています.