Как твърдо{0}}температурните сензори заменят термодвойките в следващо-поколение PTFE нагреватели?

В продължение на век надеждната термодвойка е основата на измерването на температурата. Той произвежда слабо напрежение, което трябва да бъде внимателно усилено и студен{1}}коригиран преход. Вътре в клемните глави на PTFE потопяеми нагреватели започва да се появява ново поколение малки цифрови температурни сензори-в твърдо състояние, които събират цялата тази сложност в един силиконов чип. Тъй като индустриалните отоплителни системи стават все по-свързани и-ориентирани към диагностика, тези малки полупроводникови устройства променят архитектурата на измерване на температурата.

В рамките на нарастващата тенденция за подмяна на PTFE нагревател на сензор за температура в твърдо състояние, акцентът се променя от аналогова интерпретация на сигнала към интегрирани цифрови сензорни възли, които опростяват инсталирането, увеличават последователността и намаляват сложността на поддръжката.

Защо традиционните термодвойки доминират PTFE нагревателите
Поради тяхната издръжливост, достъпност и способност да издържат на изключително високи температури, термодвойките се превърнаха в стандартен промишлен температурен сензор. В PTFE потопяеми нагреватели, термодвойките исторически са били използвани за наблюдение на:

Температура на технологичната течност

Температура на обвивката на нагревателя

Защита срещу прегряване

Сухи-системи за предотвратяване на пожар

Идеята е проста. Две различни метални жици генерират малко напрежение, пропорционално на температурната разлика. Въпреки това, простотата на върха на сензора създава допълнителна сложност на други места в системата.

Скритата сложност на термодвойките
Сигналът на термодвойка е изключително малък и податлив на електрически шум. За надеждна работа се нуждаете от:

Специален удължителен проводник

Компенсация за студени възли

Усилване на сигнала

Екраниране срещу смущения

Внимателни практики за заземяване

Дрейфът на сигнала и влошаването на връзката могат да добавят повече несигурност при дългите кабели.

Тъй като системите преминават към цифрова автоматизация и платформи за предсказуема поддръжка, тези аналогови ограничения стават по-трудни за управление в предизвикателни индустриални среди.

Изкачване-на твърдотелни цифрови температурни сензори
Съвременните базирани на силиций- температурни сензори съчетават цифрова комуникация, усилване, отчитане и калибриране в един полупроводников чип.

Как работят силициевите температурни сензори
Концепцията за забранена лента, която гласи, че прогнозираното поведение на напрежението на полупроводниковия преход варира в зависимост от температурата, се използва от много устройства. Вътрешната схема превръща това поведение направо в калибриран цифров изход.

Сензорът използва стандартизирани интерфейси като тези, за да комуникира цифрово, вместо да изпраща малки аналогови напрежения:

I'C

1-проводник

Това се отразява на цялата философия на измерване.

Вместо да бъде пасивен източник на аналогов сигнал, сензорът се превръща в интелигентен цифров възел.

Предимства в приложенията на PTFE нагревател
Сензор за температура в твърдо състояние Замяната на PTFE нагревател става все по-популярна поради редица полезни предимства в системите за термична обработка.

Фабрично калибриране за цял живот
По-голямата част от цифровите сензори, предназначени за промишлена употреба, се калибрират в завода по време на производството. Типичните изисквания за точност са както следва:

±0,5 градуса \\pm 0,5^\\circ\\mathrm{C}±0,5 градуса

в температурни диапазони, включително:

•40 градуса По-малко или равно на T По-малко или равно на 125 градуса -40 градуса По-малко или равно на T По-малко или равно на 125 градуса T \\leq 125 градуса −40 градуса По-малко или равно на T По-малко или равно на 125 градуса

Няма нужда от схема за компенсация на студен{0}}преход или калибриране на полето, тъй като данните за калибриране се поддържат вътрешно.

Опростено окабеляване
Цифровата комуникация елиминира изискването за удължителен проводник с термодвойка и връзки,-чувствителни към полярността.

Основният кабел за ниско{0}}напрежение може да носи:

Сила

Данни за цифрови температури

Диагностична информация

Множество сензори могат да споделят една и съща комуникационна шина, което значително опростява кабелните снопове на нагревателя и намалява разходите за инсталиране.

По-просто резервиране
Цифровите дизайни правят резервирането значително по-лесно. Няколко температурни сензора могат да работят на един и същи кабел, без да са необходими отделни аналогови входни канали.

Това прави възможно:

Проверка на две температури

Излишен мониторинг на-температурата

Отделни блокировки за безопасност

Широко разпространено термично откриване

Такова излишък става уместен при обработката на полупроводници, химическото нагряване и приложенията за прецизно покритие.

Интегриране в PTFE нагревателни възли
Цифровите температурни сензори могат да бъдат физически интегрирани в PTFE нагревателни системи, като се използват методи на опаковане, подобни на традиционните термодвойки.

Сензорни накрайници, капсуловани в PTFE
Полупроводниковият чип обикновено се поставя вътре в малък сонда и се затваря в химически устойчив PTFE или флуорополимерен накрайник.

След това монтажът може да бъде поставен в:

Термогнезда

Външен тръбопровод

Портове за наблюдение на студената зона

Корпуси за нагревателни клеми

Това позволява възможности за цифрово измерване, като същевременно поддържа химическа устойчивост.

По-бърза реакция на топлина
Времето за реакция е едно неочаквано предимство.

В сравнение с конвенционалните модули за свързване на термодвойки, топлинната маса на силициевия сензорен чип е невероятно малка. При някои обстоятелства температурните промени може да се усетят по-бързо поради бързото нагряване на тялото на сензора.

Намалената топлинна инерция може да подобри:

Стабилност на управлението на процеса

Скорост на откриване на сух{0}}пожар

Предотвратяване на превишаване на температурата

По-бързите времена за реакция могат да доведат до по-малки толеранси на процеса в силно регулирани химически нагревателни системи.

Конкурентоспособност на разходите с термодвойки
В исторически план полупроводниковите температурни сензори се считаха за специализирана електроника, неподходяща за индустриални приложения. Това предположение се промени бързо.

Намаляване на разходите за полупроводници
Мащабното-производство на полупроводници значително намали цените на сензорите. Съвременните цифрови температурни сензори вече са сравними с конвенционалните термодвойки в същия индустриален клас на точност.

Едновременно с това премахването на:

Вериги на студен{0}}кръз

Усилватели, които са аналогови

специализиран кабел

Допълнителен хардуер за кондициониране на сигнала

може да намали още повече общата цена на системата.

Вместо да бъде експериментална, интеграцията става икономически привлекателна за производителите на OEM нагреватели.

Температурни ограничения и термичен контрол
Сензорите-в твърдо състояние все още имат значителни топлинни ограничения въпреки предимствата си.

Максимална работна температура
Повечето цифрови температурни сензори, базирани на силиций, са предназначени за непрекъсната работа между:

125 градуса По-малко или равно на Tmax По-малко или равно на 150 градуса 125 градуса По-малко или равно на Tmax По-малко или равно на 150 градуса T_{max} \\leq 150 градуса 125 градуса По-малко или равно на Tmax По-малко или равно на 150 градуса

Това ограничение създава проблеми в зоните на директно потапяне при висока{0}}температура.

Въпреки че самите PTFE потопяеми нагреватели обикновено работят под около 110 градуса, изолирани горещи петна в близост до нагревателния елемент може да надхвърлят допустимите граници за полупроводникови устройства, ако термичната изолация е неадекватна.

Най-добрите местоположения за цифрови сензори
Поради тази причина полупроводниковите-сензори са особено подходящи за:

Мониторинг-на студена зона

Външен тръбопровод

Обратни циркулационни контури

Мониторинг на клемната глава

Вторична проверка на температурата

Преди да инсталирате полупроводникови сензори до области на обвивката, които непрекъснато се нагряват, е необходим внимателен термичен контрол.

Въпреки това традиционните термодвойки имат предимства в ситуации с изключително висока{0}}температура.

Бъдещи тенденции в интелигентните отоплителни системи
Преминаването към цифрово наблюдение е в съответствие с по-общите развития в индустриалната автоматизация.

Нововъзникващите PTFE нагревателни системи все повече включват:

Вградена диагностика

Прогнозна поддръжка

Мрежова комуникация

Облачно-наблюдение

Интелигентни системи за управление

Тъй като измерването вече е достъпно цифрово, цифровите температурни сензори естествено се вписват в тези екосистеми.

Температурният сензор се променя от пасивен измервателен компонент към активно комуникационно устройство в много съвременни дизайни.

В заключение
В някои приложения на PTFE нагреватели полупроводниковите-цифрови температурни сензори постепенно заемат мястото на конвенционалните термодвойки поради способността им да осигурят ниско{1}}ценово резервиране, подобряване на последователността на измерванията и опростяване на окабеляването. Интегрираната обработка на сигнала, цифровите комуникационни интерфейси като I²C и 1-Wire и фабричното калибриране минимизират по-голямата част от сложността, свързана с аналоговите системи с термодвойки.

Тези сензори са идеални за студени зони, външни тръбопроводи и интелигентни системи за наблюдение, въпреки че максималните температурни ограничения все още не позволяват да бъдат поставени близо до най-горещите места за отопление. Очаква се приемането да продължи да расте в индустриите за термична обработка, като точността обикновено достига ±0,5 градуса и разходите, които сега са сравними с класическите сензорни системи.

Последните остатъци от индустриалния аналог постепенно се поддават на хитростта на съвременната електроника.