Pertama, ingat ayat ini: Penderia suhu tidak "membaca suhu secara langsung", tetapi mula-mula merasakan perubahan sifat fizikal tertentu yang disebabkan oleh suhu, kemudian menukar perubahan ini kepada isyarat yang boleh diukur, dan akhirnya litar pengukuran dan algoritma memperoleh nilai suhu.
Anda menggunakan penderia suhu setiap hari, tetapi jarang anda benar-benar menyedarinya. Penghawa dingin tahu bila untuk menghentikan penyejukan, peti sejuk boleh mengekalkan suhu yang ditetapkan, kereta boleh memantau enjin, bateri dan status sistem penyejukan, peralatan industri boleh memberi penggera apabila suhu tidak normal - semua fungsi ini mempunyai asas yang sama: pertama "rasa suhu", dan kemudian menyerahkannya kepada sistem kawalan untuk diproses.
I. Apakah sebenarnya penderia suhu?
Dari perspektif kejuruteraan, penderia suhu ialah peranti yang menukarkan kuantiti fizikal suhu kepada isyarat boleh diukur, boleh dihantar dan boleh diproses. Intinya bukan "memaparkan nombor", tetapi mewujudkan kesesuaian yang stabil dan boleh berulang antara "suhu" dan kuantiti fizikal yang boleh diukur.
Kuantiti fizikal yang boleh diukur ini boleh berupa rintangan, voltan, arus, atau isyarat analog atau digital yang diproses oleh litar bersepadu. Perbezaan dalam laluan teknikal yang berbeza pada asasnya terletak pada: apakah kesan fizikal yang digunakan untuk "merasakan" suhu, dan cara mengukur perubahan ini dengan tepat.
II. Bagaimanakah ia menukar "suhu" kepada nombor?
Ini adalah langkah paling penting dalam memahami penderia suhu. Tegasnya, sensor tidak langsung "membaca 25.3 ℃". 25.3℃ ialah hasil yang diperolehi selepas keseluruhan rantaian pengukuran mengalami penukaran dan pengiraan. Apa yang sebenarnya berlaku di bahagian paling hadapan ialah: suhu mengubah sifat fizikal bahan atau struktur tertentu.
Perubahan suhu → Mengesan perubahan sifat → Isyarat elektrik → Pemerolehan dan penukaran → Pengiraan algoritma → Nilai suhu
Rantaian pengukuran suhu biasa: daripada "dunia fizikal" kepada "dunia digital"
Langkah 1: Suhu mula-mula bertindak pada bahan sensitif
Apabila suhu objek yang diukur berubah, sifat fizikal tertentu di dalam elemen sensitif akan berubah dengan sewajarnya. Untuk rintangan platinum, ia terutamanya ditunjukkan sebagai perubahan dalam nilai rintangan; untuk termokopel, ia adalah perubahan dalam potensi termoelektrik; untuk termistor NTC, ia adalah perubahan dalam nilai rintangan yang berbeza dengan suhu, dan perubahan ini biasanya mempunyai bukan linear yang ketara.
Berikut ialah konsep yang sangat penting: Apa yang diukur oleh penderia suhu bukanlah "suhu itu sendiri", tetapi "perubahan yang boleh diukur yang disebabkan oleh suhu". Kemudian, menggunakan hubungan yang telah ditentukur, perubahan ini dikira songsang untuk mendapatkan suhu.
Langkah 2: Tukarkan perubahan kepada isyarat elektrik
Ambil rintangan platinum sebagai contoh, apabila suhu meningkat, nilai rintangan platinum akan berubah mengikut ciri suhu rintangannya. Litar pengukuran menggunakan pengujaan yang sesuai pada rintangan platinum, supaya perubahan dalam nilai rintangan boleh dicerminkan sebagai voltan, arus atau output jambatan yang boleh diukur.
Inilah sebabnya mengapa elemen rintangan platinum yang bersaiz hanya beberapa milimeter sebenarnya boleh melakukan penukaran "suhu → kuantiti elektrik" paling hadapan dan kritikal dalam rantaian pengukuran suhu yang lengkap. Elemen itu sendiri hanya boleh mengeluarkan perubahan dalam nilai rintangan, tetapi "℃" memerlukan litar seterusnya untuk melengkapkan penukaran.
Langkah 3: Litar pemerolehan "membaca" perubahan kecil
Keluaran penderia selalunya bukan nombor standard yang sesuai secara semula jadi. Sebagai contoh, RTD mengeluarkan nilai rintangan, dan termokopel mengeluarkan potensi termoelektrik peringkat milivolt. Litar pengukuran perlu menguja, mensampel, menguatkan, menapis atau mengimbangi isyarat ini untuk membolehkan penukar analog-ke-digital seterusnya memperoleh data yang cukup stabil dan boleh digunakan.
Untuk RTD, jika arus pengujaan terlalu besar, ia akan menjana pemanasan sendiri, menyebabkan suhu elemen sensitif sendiri meningkat, sekali gus memperkenalkan ralat tambahan. Oleh itu, "cara mengukur" itu sendiri adalah sebahagian daripada ketepatan pengukuran suhu, bukan penghujung pemilihan sensor.
Langkah 4: Penukaran analog-ke-digital, menukar perubahan berterusan kepada kuantiti digital
Jika sistem menggunakan pengawal digital, litar pemerolehan biasanya perlu menukar voltan atau arus analog kepada kod digital melalui penukar analog-ke-digital (ADC). Contohnya, selepas voltan analog yang sepadan dengan perubahan rintangan diambil sampel oleh ADC, pengawal menerima satu siri digit dan bukannya suhu fizikal seperti "25℃".
Pada ketika ini, sistem telah beralih daripada "mengukur isyarat elektrik" kepada "peringkat pengiraan".
Langkah 5: Kira suhu berdasarkan hubungan penentukuran
Akhir sekali, pengawal menukar kuantiti digital kepada nilai suhu mengikut hubungan suhu rintangan atau voltan-suhu sepadan dengan sensor. Proses ini mungkin menggunakan carian jadual, pengiraan formula atau pekali penentukuran. Untuk perintang platinum standard, ia juga akan ditukar dalam kombinasi dengan formula standard dan gred ketepatan yang sepadan.
Jadi "25.3 ℃" yang anda lihat sebenarnya adalah hasil kerja bersama keseluruhan rantai pengukuran, bukannya nilai digital langsung yang dihasilkan oleh satu komponen penderia.
Apa yang benar-benar patut diingat ialah: penderia suhu bertanggungjawab untuk "memahami", litar pengukuran bertanggungjawab untuk "membaca", dan algoritma dan sistem kawalan bertanggungjawab untuk "memahami".
III. Fikiran Akhir: Apa yang sebenarnya dilakukan oleh penderia suhu ialah menukar "sensasi" kepada "data"
Kembali kepada soalan pada permulaan artikel: Apakah sebenarnya penderia suhu?
Dalam satu ayat: Ia tidak secara langsung "melihat" suhu, tetapi merasakan perubahan fizikal yang disebabkan oleh suhu, kemudian menukar perubahan ini kepada isyarat elektrik, melalui pemerolehan, penukaran, penentukuran dan pengiraan, dan akhirnya memperoleh nilai suhu yang kita lihat.
Memahami perkara ini, banyak soalan seterusnya akan menjadi lebih mudah: Mengapakah RTD menumpukan pada hubungan rintangan-suhu? Mengapakah termokopel memerlukan pampasan simpang sejuk? Mengapa NTC menekankan nilai B? Mengapakah mengukur arus menjejaskan RTD? Mengapa kaedah pemasangan sensor menjejaskan keputusan? Mengapa produk kebolehpercayaan tinggi perlu menjalani ujian alam sekitar dan mekanikal?
Kerana mereka semua pada asasnya menjawab soalan yang sama: Bagaimana untuk membuat "perubahan suhu" stabil, tepat dan boleh diulang menjadi "data yang boleh dipercayai".
——Dipetik daripada akaun awam semakan rakan sebaya
Yuyao Huangong automation instruments factory