Измерение температуры, Металлический объект контроля, вода кругом Опции

[koluna]

Здравствуйте!

Посоветуйте, пожалуйста, датчик температуры и схему обработки к нему (если необходимо).
Если не с цифровым выходом, так с аналоговым выходом (терморезисторы).

Необходимо измерить температуру крупного металлического объекта.
Условия эксплуатации прибора и датчика следующие.
Прокатный стан. Поверхность достаточно ровная (подушка с подшипником).
Температура приблизительно +20...+85 гр. Ц.
Смазывающая охлаждающая жидкость (СОЖ): горячая вода, масло, химия...
Вибрации.
Точности в 1-2 гр. Ц., думаю, хватит.

Т. е., основные задачи следующие:
1. Обеспечение герметичности датчика.
2. Обеспечение хорошего теплового контакта между датчиком и объектом измерения.
3. Минимальное энергопотребление.

Датчик предполагается сделать выносным, т. е., соединяться с прибором будет кабелем длиной 10-20 см. Можно поместить в какой-либо корпус небольшой, залить компаундом и т. п...

Предыдущий вариант делался на TMP03 (корпус TO-92). Плоской частью корпуса - к объекту измерения. Залит эпоксидкой.
Только скорость реакции низкая, да и точность оставляет желать лучшего при такой конструкции.
Вот, желаемо теперь улучшить.
Пересмотрел много вариантов в корпусах SOIC, TO-92, SOT и т. п., но у всех преимущественная теплоперадача - через выводы, а мне нужно мерить температуру металлического объекта...
Смотрю в сторону термосопротивлений. Только вот, электроники бы поменьше (габарты ограничены) да потребление поменьше (питание от батарей).

Спасибо заранее!

[koluna]

По поводу термисторов...
Что-то я уже сомневаюсь в их точности...
Дело даже не в предполагаемом индивидуальном подходе к каждому из датчиков, а просто в точности...
Ссылку посмотрел. PTC. Интересно. Понятно, вроде.
Но в других местах читал, что в таком диапазоне точность термисторов почти на порядок хуже, чем мне нужно и рисунок 2 на странице 3 даташита на KTY84 это подтверждает, если я не ошибаюсь
И что?
NTC. У них, как я понял, точность лучше гораздо... но...
Склоняюсь опять к использованию платиновых RTD...
Блин, ну только вот куча операционников и цена всётаки смущают немного

Вобщем, не знаю, что выбрать. Всего так много
Еще раз, критерии (не в порядке важности).
1. Диапазон измеряемых температур приблизительно +20...+85 гр. Ц.
2. Минимальное энергопотребление (можно, конечно ключиком коммутировать питание).
3. Минимальные габариты.
4. Не очень высокая стоимость.
5. Наименьшая постоянная времени датчика.
6. Герметичность конструкции.
7. Обеспечение наилучшей теплопроводности между объектом контроля и датчиком.
8. Стойкость к вибрациям.
9. Точность 1-2 гр. Ц.
10. Меньше возни.

Датчик вместе с электроникой для него можно поместить в одном маааленьком корпусочке из которого идёт по кабелю уже усиленный сигнал на АЦП.

Ну вот как-то так. Сумбурно, конечно, но написал как смог

[Пушкарев Михаил]

Задача элементарно решается применением кремниевых резистивных датчиков датчиков температуры с простейшей линеаризацией дополнительным резистором и индивидуальной калибровкой каждого датчика.

[koluna]

Задача элементарно решается применением кремниевых резистивных датчиков датчиков температуры с простейшей линеаризацией дополнительным резистором и индивидуальной калибровкой каждого датчика.

Поподробнее, пожалуйста
Т. е., берём NTC термистор. Параллелим его обычным резистором (допустим, как в ДШ MICROCHIP).
Далее калибруем.
Т. е., линейность нас не должна пугать - устраняем её с помощью ЭВМ.
Так?

Но я пока до сих пор не прояснил для себя насколько хорошо проводят тепло корпуса термисторов эпоксидные, стекляные, которые имеют не особо плотный контакт с поверхностью объекта контроля. Т. е., эти корпуса надо будет заливать, допустим, НОМАКОНом, для обеспечения герметизации и наилучшей теплопроводности?

[Пушкарев Михаил]

После линеаризации характеристики терморезистора в Вашем диапазоне температур погрешность, вызванная нелинейностью характеристики и так будет много меньше требуемой Вами погрешности, так что ее не потребуется и править. Давно могли б и подсчитать. А речь шла не о термисторах, а о датчиках KT, KTY от Infineon и Philips. Используемая в их производстве технология гарантирует один из важнейших показателей - долговременную стабильность. По поводу быстродействия датчика - неужели подшипники перегреваются мгновенно? Размещать датчик безусловно предпочтительнее не на поверхности, а в глухом отверстии. Лучший контакт с контролируемым объектом, проще закрепление.

[koluna]

После линеаризации характеристики терморезистора в Вашем диапазоне температур погрешность, вызванная нелинейностью характеристики и так будет много меньше требуемой Вами погрешности, так что ее не потребуется и править. Давно могли б и подсчитать. А речь шла не о термисторах, а о датчиках KT, KTY от Infineon и Philips.

Так а что это?
Этоже PTC термисторы?!
Что-то я не понимаю.
Смотрим точность.
Там более 1 гр. Ц. при 25 гр. Ц.
Далее - растёт ошибка...
И во всём моём диапазоне...
Смотрим зависимости Maximum expected temperature error.
Может, я не понимаю, что даёт нам линеаризация...
Если не сложно - объясните, пожалуйста!

Используемая в их производстве технология гарантирует один из важнейших показателей - долговременную стабильность. По поводу быстродействия датчика - неужели подшипники перегреваются мгновенно? Размещать датчик безусловно предпочтительнее не на поверхности, а в глухом отверстии. Лучший контакт с контролируемым объектом, проще закрепление.

Подшипники нагреваются не мнговенно, но очень быстро. К тому же, пока тепло дойдёт через металл до датчиков, может пройти много времени... Сделать глухое отверстие - нет возможности. Требование заказчика - измерение температуры поверхности. И только. Да, это менее точно, более проблематично. Но так требуют...

[Пушкарев Михаил]

Подшипники нагреваются не мнговенно, но очень быстро. К тому же, пока тепло дойдёт через металл до датчиков, может пройти много времени... Сделать глухое отверстие - нет возможности. Требование заказчика - измерение температуры поверхности. И только. Да, это менее точно, более проблематично. Но так требуют...

В своих сообщениях Вы сами себе противоречите. "...пока тепло дойдет до датчиков...". Следовательно, постоянная времени объекта измерения существенно больше постоянной времени датчика, которой можно будет пренебречь. Когда я писал про датчики KTY, то предполагал, что предусматривается какая-то схема в месте размещения датчика, преобразующая изменение сопротивления в выходной сигнал напряжения, а лучше тока, ведь наверняка информацию требуется передать на порядочное расстояние, и предусматривается калибровка датчика. Если калибровка нежелательна, то, конечно, выход только в использовании датчиков (чувствительных элементов) с минимальной погрешностью, а это платиновые термометры сопротивления и некоторые полупроводниковые датчики.
Стоит учесть, что все пластмассовые корпуса влагопроницаемы, и непосредственное закрепление такого датчика в месте измерения с агрессивной средой приведет к короткому сроку его службы и непредсказуемым изменениям характеристик, которые, вероятно, будеи невозможно отследить.

[koluna]

В своих сообщениях Вы сами себе противоречите. "...пока тепло дойдет до датчиков...". Следовательно, постоянная времени объекта измерения существенно больше постоянной времени датчика, которой можно будет пренебречь.

Вобщем да. Я согласен. Но это устройство достаточно универсальное, может использоваться и в другом месте, где действительно нужна маленькая постоянная времени... К тому же заказчики в измерении температуры понимают гораздо меньше моего, а датчики будут проверять тыканьем в них пальцем и дыша на них. И если увидят, что температура не меняется, то будут задавать вопросы

Когда я писал про датчики KTY, то предполагал, что предусматривается какая-то схема в месте размещения датчика, преобразующая изменение сопротивления в выходной сигнал напряжения, а лучше тока, ведь наверняка информацию требуется передать на порядочное расстояние,

Ранее датчик температуры был встроен в корпус прибора. Сейчас хочу сделать датчик выносным для упрощения конструкции и большей функциональности. Но расстояние между датчиком и корпусом прибора ожидается 10-20 см. Не более.
Как я писал ранее, электронику можно разместить вместе с датчиком в маленьком герметичном корпусе и осуществлять крепление сборки на объект контроля (прижим с помощью магнитов в моём случае).
Главное, чтобы электроника не вносила существенную погрешность в моём рабочем температурном диапазоне (+20...+85 гр. Ц.).

и предусматривается калибровка датчика. Если калибровка нежелательна, то, конечно, выход только в использовании датчиков (чувствительных элементов) с минимальной погрешностью, а это платиновые термометры сопротивления и некоторые полупроводниковые датчики.

Калибровку произвести можно. Кстати, RTD не калибруются? А под полупроводниковыми какие понимаются?

Стоит учесть, что все пластмассовые корпуса влагопроницаемы, и непосредственное закрепление такого датчика в месте измерения с агрессивной средой приведет к короткому сроку его службы и непредсказуемым изменениям характеристик, которые, вероятно, будеи невозможно отследить.

Уэто учтём на будущее. Спасибо!


По поводу KTY.
Я ошибался. Это кремниевые датчики температуры, а не PTC термисторы... Виноват

Спасибо Пушкарёву Михаилу за статью а akl за ссылку!

[Пушкарев Михаил]

Любой датчик можно калибровать, а можно и не калибровать. В случае с платиновым термометром сопротивления, к примеру, для класса B отклонение от НСХ составляет 0,3+0,005|t|. Предположим, такая погрешность в требуемом диапазоне температур Вас устраивает, Ваше устройство способно корректировать нелинейность характеристики по таблице НСХ или соответствующему полиному. Подключаете магазин сопротивлений на вход устройства, выставляете сопротивление соответствующее значению НСХ при требуемой температуре, смотрите на отсчетное устройство, температура соответствует заданной, устройство работает. Покупаете термометр сопротивления класса B, подключаете его к устройству и все. Если требуется обеспечить более высокая точность, устройство калибруется. Чувствительный элемент устанавливается в термокамеру, по нескольким температурным точкам проводятся измерения, определяется передаточная функция, аппроксимируется, устройство подстраивается, проверяется. Получаем погрешность измерения лучше, чем у исходного чувствительного элемента. Остается проблема долговременной стабильности. Где гарантии, что характеристики чувствительного элемента не изменились через сутки по причине его никудышного качества или по причине воздействия агрессивной измереяемой среды. Так что решение зависит от грамотно составленного технического задания.