3314 
Что это такое? Термокомпенсация – это возможность датчика снизить влияние температуры окружающей среды на точность своих показателей. Например, устройство, реагирующее на температуру человеческого тела, отлично работает в обычных условиях, но в жару может не срабатывать.
Какой выбрать? Существуют различные виды этого датчика. Чтобы остановиться на каком-то одном, для начала стоит разобраться в принципах работы термокомпенсации. Давайте рассмотрим их на примере.
Оглавление:
Важность температуры для измерительных приборов
Пьезорезистивные датчики изготавливаются из материалов, обладающих определенной температурной зависимостью, соответственно, изменение температуры вносит коррективы в работу устройства – возрастают сдвиг нуля и амплитуда. Проще говоря, получаемые при измерениях значения окажутся различными, если одно и то же давление будет достигаться сначала при +20 °С, а затем при +120 °C. Для пользователя это означает, что от великолепных коэффициентов точности, указанных в спецификации, прилагаемой к прибору, не будет пользы.
.jpg)
Серьезных ошибок при проведении измерений можно избежать, если учитывать тот факт, что на работу механической части любых измерительных приборов оказывает серьезное влияние температура. Это воздействие главным образом сказывается на передающих полученную информацию кабелях, а также разъемах и гнездах. Используемые для изготовления датчиков стандартные материалы за редким исключением не выдерживают температуры выше +100 °C и могут плавиться или загораться. При этом не только страдает точность показаний, но и возникает опасность для тех, кто использует прибор для работы.
Перечисленных негативных явлений можно избежать, оптимизировав работу датчиков давления и настроив их на использование при разных температурах. Сделать это можно, воспользовавшись температурной компенсацией, применяя в приборах термостойкие материалы и/или путем установки на них дополнительных охлаждающих устройств.
Суть термокомпенсации
Возьмем в качестве примера датчики движения. Эти приборы позволяют отслеживать передвижение любого объекта, излучающего тепловую энергию, и обычно настраиваются так, чтобы срабатывать на человека с первого его шага в охраняемом пространстве, отфильтровывая несущественные сигналы – естественные помехи и присутствие небольших животных. Благодаря специально разработанным алгоритмам программное обеспечение позволяет обрабатывать сигналы, получаемые от инфракрасных сенсоров, делая их работу более точной и эффективной.
Скачивайте и используйте уже сегодня:
10 шагов, которые помогут выбрать добросовестного подрядчика
Поможет сохранить бюджет и уложиться в сроки проекта
При нормальных условиях между усредненной температурой человеческого тела (+36,6 °C) и температурой окружающего воздуха существует разница, благодаря которой датчики с достаточно высокой точностью фиксируют любое движение в охраняемой зоне. Если же эти значения приближены друг к другу, для повышения точности применяют температурную компенсацию.
Температурная компенсация датчиков (преобразователей) – это механизм, позволяющий корректировать показания в зависимости от температуры окружающей среды, которую измеряют с помощью установленного на корпусе прибора термометра. Принципиально важный момент в том, что основной и дополнительный датчики находятся в одной температурной среде.
.jpg)
Существует два варианта использования механизма термокомпенсации.
Первый, когда датчиком термокомпенсации служит второй преобразователь, имеющий идентичную (согласованную) температурную зависимость. Оба прибора должны находиться в одной физической среде. Второй датчик получает на вход постоянную нулевую начальную измеряемую величину. Здесь мы имеем дело с так называемой чистой температурной зависимостью (абсолютной температурной ошибкой) преобразователя, которая вычисляется на основании показаний, полученных с основного прибора.
В качестве примера такой температурной компенсации можно привести полумостовую тензометрическую схему, когда одному тензорезистору отводится функция активного (измеряющего величину деформации), а второму, не испытывающему деформирующего воздействия, – роль термокомпенсирующего. Этого же эффекта можно добиться, применяя два активных преобразователя, один из которых подвергается сжатию, а второй – растяжению. Общее у этих двух примеров то, что оба имеют температурный коэффициент сопротивления одного знака.
Второй вариант, когда в роли термометра выступает дополнительный датчик с противоположной температурной зависимостью. При этом преобразователи находятся в одной и той же физической среде. Возьмем, к примеру, температурный коэффициент сопротивления резистивных преобразователей А и В. При нормальной температуре они обладают одинаковым сопротивлением, но противоположными по знаку ТКС. При последовательном соединении этих устройств мы получим эффект термокомпенсации, то есть полученные при измерении значения не будут зависеть от температуры.
Важно понимать, что оба эти метода работают и могут быть реализованы технически, только когда температурная зависимость датчиков не меняется со временем и независима от действия прочих внешних факторов.
Виды термокомпенсации
Различают два вида термокомпенсации. Она может быть:
- Пассивной, когда для создания зависящего от температуры сопротивления используется измерительный мост Уитстона – устройство, измеряющее сопротивление постоянному току.
- Активной (или полиномной), когда для изменения давления применяется растущая температура в камере термошкафа, а для сравнения полученных данных пользуются специальными калибровочными стандартами. Затем ТКС вводят во встроенную память преобразователя, чтобы производить активную компенсацию температурных погрешностей. Этот метод дает более точные результаты, а значит, его использование предпочтительнее.
.jpg)
Под воздействием температуры может не только меняться точность измерений – если она превышает +150 °C, страдают механические части прибора. Датчик выходит из строя из-за ослабления электрических контактов и заземляющих перемычек. При эксплуатации измерительных устройств под действием особо высокой температуры, чтобы сделать возможным получение точных и корректных данных, необходимо использовать дополнительные охлаждающие элементы.
Защита датчиков от воздействия высокой температуры может осуществляться разными способами, выбор которых зависит от назначения устройств и температурного режима эксплуатации:
- До +150 °C. Охлаждающие элементы встраиваются между измерительной ячейкой и расширителем, что позволяет защитить электронику прибора от внешних воздействий и обеспечить ее работу в условиях повышенной температуры.
- Свыше +150 °C. Охлаждающие элементы, например, ребра, устанавливаются на передней части напорного отверстия, что позволяет предохранить прибор, так как датчик контактирует с заранее охлажденной средой. В случаях, когда преобразователь работает в среде горячего пара, рекомендуется использовать в качестве охлаждающих элементов сифоны.
- До +250 °C (экстремально высокая температура). В качестве охлаждающих элементов используются направленные вперед изоляционные системы с включенной в их конструкцию охлаждающей секцией. Такие устройства имеют достаточно большие габариты и часто отрицательно влияют на точность измерений.
- Использование тепловых шкафов или камер для климатических испытаний. Если температура среды при этом достигает +150 °C, необходимо защитить электронику прибора от повреждения. Внутри шкафа располагают только измерительную ячейку в корпусе из нержавеющего стального сплава с напорным отверстием, а электронику (также в корпусе из нержавеющей стали) выносят за его пределы и подключают кабелем в защитной оплетке из фторированного этилен-пропилена, который выдерживает высокую температуру.
Пример работы датчика с термокомпенсацией
Изменяющаяся температура окружающей среды отрицательно сказывается на обнаружительных характеристиках детекторов. При повышении температуры снижается интенсивность сигнала на выходе пир-элементов, что приводит к ухудшению чувствительности датчика. Понижение вызывает изменения в электрических параметрах элементной базы, что часто становится причиной ложных срабатываний и выхода из строя извещателей. Механизмы термокомпенсации позволяют сохранять требуемую чувствительность прибора при значениях от -10 до +50 °С.
.jpg)
Важной составляющей работы механизмов термокомпенсации датчика являются специальные алгоритмы. Сочетая высокую точность встроенных термодатчиков с соответствующим специализированным программным обеспечением микропроцессоров, можно прогнозировать параметры сигналов в конкретных условиях эксплуатации и повышать эффективность выявления нарушений.
Использование аналого-цифровых преобразователей (АЦП) позволяет датчикам запоминать, а затем обрабатывать все полученные сигналы. Прибор выдает знак тревоги только после того, как будет проведено сравнение параметров полученных входящих данных со значениями, которые были предварительно определены или ожидаются при текущей температуре окружающей среды.
Благодаря описанному выше алгоритму работы становится возможным дифференцировать вероятные тепловые помехи разного рода, приводящие к ошибочным срабатываниям, и реальные случаи проникновения в охраняемую зону. Также можно использовать описанные механизмы для подавления слабых сигналов, которые могут быть вызваны, например, движением жалюзи от воздуха, проникающего через открытую форточку.
Встроенный температурный датчик, предназначенный главным образом для обеспечения работы механизма термокомпенсации, может также помогать контролировать температуру воздуха в охраняемых помещениях, если специально снабдить извещатели дополнительными выходами и переключателями, позволяющими переходить с одного режима на другой. Когда прибор должен сигнализировать о пониженной температуре, активизация выхода происходит при температуре ниже +4,4 °С, а отключение – при + 7,7 °С. Если устройство используется для контроля повышения температуры, оно переходит в активный режим по достижении +35 °С, и сохраняет активность, до тех пор, пока температура не снизится до +32,2 °С.
Предусмотрено функционирование датчиков либо в одном из этих режимов, либо сразу в двух, когда устройство активируется как при повышении, так и при понижении температуры окружающей среды. Часто приборы подключаются к комбинированному контуру сигнализации, который отвечает за работу систем, поддерживающих микроклимат в помещениях (обогреватели, сплит-системы, холодильники и т. п.).
Технология температурной компенсации датчиков движения позволяет им эффективно функционировать в широком диапазоне температуры окружающего воздуха.
.jpg)
