Датчик температуры для производства

Компания НПП «Прома» является одним из ведущих производителей продукции для автоматизации промышленных производств в города России: Москва, Санкт-Петербург, Новосибирск, Екатеринбург, Нижний Новгород, Казань, Челябинск, Омск, Самара, Ростов-на-Дону, Уфа, Красноярск, Пермь, Воронеж, Волгоград, Краснодар, Рязань.

Время на прочтение

Недавно мне повезло побывать на производстве датчиков температуры, а точнее на швейцарском предприятии IST-AG, где делают платиновые и никелевые термосопротивления (RTD).

По этому поводу публикую две статьи, в которых читатель найдет довольно подробное описание этого типа датчиков, путеводитель по основным этапам производственного процесса и обзор возможностей, которые появляются при использовании тонкопленочных технологий.

В первой статье разбираемся с теоретической базой. Не слишком увлекательно, но весьма полезно.

Датчики температуры с клемной головкой, с различными вариантами крепления и типами ЧЭ .

Термопара ХА, ХК, ЖК

Термопара ХА, ХК, ЖК – предназначен для установки в технологическое оборудования для измерения температуры различных сред . Стоимость может меняться в зависимости от конструктивных особенностей .

1 550

Датчики температуры с клемной головкой 100М -предназначен для установки в технологическое оборудования для измерения температуры различных сред . Стоимость может меняться в зависимости от конструктивных особенностей .

1 750

Датчик температуры Pt100  с клемной головкой -предназначен для установки в технологическое оборудования для измерения температуры различных сред .Стоимость может меняться в зависимости от конструктивных особенностей .

1 650

Датчик температуры с клемной головкой 50М -предназначен для установки в технологическое оборудования для измерения температуры различных сред. Стоимость может меняться в зависимости от конструктивных особенностей .

1 250

(они же — термосопротивления или RTD)

Сначала имеет смысл разобраться с терминологией. Если вы хорошо знакомы с вопросом, то смело переходите ко второй части статьи. А может быть и сразу к третьей.

Итак, под определение «датчик температуры» попадают тысячи самых разных изделий. Под датчиком можно понимать и готовое измерительное устройство, где на дисплее отображается значение температуры в градусах, и интегральную микросхему с цифровым сигналом на выходе, и просто чувствительный элемент, на базе которого строятся все остальные решения. Сегодня мы говорим только о чувствительных элементах, которые, впрочем, тоже будем называть словом «датчик».

Термометры сопротивления, которые также известны как термосопротивления и RTD (Resistance Temperature Detector) — это чувствительные элементы, принцип работы которого хорошо понятен из названия — электрическое сопротивление элемента растет с увеличением температуры окружающей среды и наоборот. Вероятно вы слышали о термосопротивлениях как о платиновых датчиках температуры типа Pt100, Pt500 и Pt1000 или как о датчиках 50М, 50П, 100М или 100П.

Иногда термосопротивления путают с термисторами или термопарами. Все эти датчики используются в похожих задачах, но, даже несмотря на то что термисторы тоже являются преобразователями температура-сопротивление, нельзя путать термосопротивления, термисторы и термопары между собой. О разнице в строении и назначении этих элементов написана уже тысяча статьей, так что я, пожалуй, не буду повторяться.

Отмечу главное: средний термометр сопротивления стоит в разы дороже, чем средний термистор и термопара, но только термосопротивления имеют линейную выходную характеристику. Линейность характеристики, а также гораздо более высокие показатели по точности и повторяемости результатов измерений, делают термосопротивления востребованными несмотря на разницу в цене.

Более 30 лет продукция Метран занимает ведущее место в нефтеперерабатывающей отрасли.
Компания Метран предлагает прошедшие заводские испытания и готовые к установке средства измерения температуры, которые обеспечивают надежные и точные измерения в самых суровых средах, помогая вам поддерживать требуемый уровень температуры процессов и бесперебойную работу технологических объектов. Температура является наиболее распространенным и критичным измеряемым параметром в промышленности. Неточность измерения, даже незначительная, может оказать отрицательное влияние на эффективность, потребление энергии и качество продукции.

Измерения обычно производятся с помощью термопреобразователей сопротивления (терморезисторов) или термоэлектрического преобразователя (термопары), которые помещаются в защитные гильзы, и схемы формирования сигнала (измерительного преобразователя), чтобы усилить сигнал до 4-20 мА.

Защитные Гильзы представляют собой закрытые металлические трубки, установленные герметично в технологические емкости или трубопроводы, защищающие датчики температуры от суровых условий промышленных процессов, таких как напряжение, вызванное потоком, высокое давление и коррозионные химикаты.

Защитная гильза обеспечивает простоту демонтажа сенсора из технологического процесса с целью калибровки или замены, не требуя останова или дренажа трубопровода.

Самые распространенные типы соединения: резьбовое, приварное и фланцевое.

Первичные преобразователи, в том числе термопреобразователи сопротивления
Последовательный контроль процесса требует точности, воспроизводимости и стабильности, и поскольку возможно использование нескольких типов сенсоров, термосопротивления (или термопреобразователи сопротивления) и термопары являются наиболее часто используемыми. Измерения температуры часто оказывают наибольшее влияние на эффективность производства, его качество и безопасность, поэтому выбору датчиков в системе измерения температуры следует оказывать существенное внимание. В Метране производятся оба типа сенсоров. В датчике Метран-2000 используются термопреобразователи сопротивления.

Интеллектуальные измерительные термоэлектрические преобразователи
Интеллектуальные измерительные преобразователи температуры принимают сигналы от всех стандартных промышленных термоэлектрических преобразователей, как преобразователей сопротивления, так и термопар, преобразуя входные сигналы измерения в выходной сигнал 4-20 мА. Термоэлектрические преобразователи доступны в различных вариантах исполнения и корпусов и могут монтироваться вместе с датчиком/термопарой в точке измерения или удаленно, передавая сигнал по проводному соединению или по беспроводной сети. Для гибкости применения эти датчики подлежат удаленной и локальной конфигурации.

Новейшей разработкой промышленной группы Метран является измерительный преобразователь Метран-2700, не имеющий аналогов по точности среди российских производителей. Термопреобразователи Метран-2700 предназначены для измерения температуры различных сред в различных отраслях промышленности. В том числе газовой, нефтяной, угольной, энергетической, металлургической, химической, нефтехимической, а также в сфере жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ).

Также производятся термоэлектрические преобразователи серий Метран-280 и Метран-270.

Основные характеристики термосопротивлений

Если коротко, характеристики термосопротивлений можно разбить на три группы:

На мой взгляд, пояснений требует только первый пункт.

Номинальная статическая характеристика (НСХ)

НСХ — это функция (на практике чаще таблица значений), которая определяет зависимость сопротивление-температура.

Зависимость R(T), конечно, не является абсолютно линейной — на самом деле выходная характеристика термосопротивления описывается полиномом с известными коэффициентами. В простейшем случае это полином второй степени R(T) = R0 (1 + A x T + B x T2), где R0 — номинальное сопротивление датчика, то есть значение сопротивления при 0°C.

Вид полинома и его коэффициенты описываются в различных национальных и международных стандартах. Действующий российский стандарт — ГОСТ 6651-2009. В Европе чаще используют DIN 60751 (он же IEC-751), однако одновременно с ним действует DIN 43760, в Северной Америке популярен стандарт ASTM E1137 и так далее. Несмотря на то что некоторые стандарты согласованы между собой, в целом картина довольно печальная и единого индустриального стандарта по факту не существует.

Наиболее популярные типы термосопротивлений — это платиновые датчики (Pt 3850, Pt 3750, Pt 3911 и др.), никелевые (Ni 6180, Ni 6720 и др.) и медные термосопротивления, например Cu 4280. Каждому типу датчиков соответствует свой полином R(T).

В разношерстных стандартах и, как следствие, в спецификациях на конкретные датчики, этот коэффициент может выражаться по-разному. Например, для платинового датчика может быть указан коэффициент альфа равный 0.00385 °C-1, или температурный коэффициент 0.385%/°C, или TCR = 3850 ppm/K, однако во всех трех случаях подразумевается одна и та же зависимость R(T).

Используемый металл однозначно определяет степень полинома R(T), а коэффициенты полинома определяются температурным коэффициентом металла.

Например, для всех платиновых датчиков функция R(T) имеет следующий вид:

Автомобильному стандарту Pt 3770 ppm/K, американскому Pt 3750 ppm/K или японскому Pt 3916 ppm/K будут соответствовать другие наборы коэффициентов.

Та же логика действует для меди и никеля. Например, НСХ всех никелевых датчиков описывается полиномом шестой степени:

R(T) = R0 (1 + A x T + B x T2 + C x T3 + D x T4 + E x T5 + F x T6)
где коэффициенты определяются температурным коэффициентом никеля (Ni 6180 ppm/K, Ni 6720 ppm/K и т.д.).

Осталось сказать о последнем параметре НСХ термометров сопротивления — о номинальном сопротивлении R0. Чаще всего используются датчики со стандартным R0 — 50, 100, 500 или 1000 Ом, однако иногда требуются тремосопротивления с R0 = 2000 и даже 10000 Ом, а также датчики с «не кратным» номинальным сопротивлением.

То есть каждому типу термосопротивления может соответствовать несколько НСХ с разными номинальными сопротивлениями R0. Для наиболее распространенных в РФ характеристик используют стандартные обозначения: Pt100 и Pt1000 соответствуют платине с температурным коэффициентом 3850 ppm/K и R0 = 100 и 1000 Ом соответственно. Унаследованные из советских справочников обозначения 50П и 100П — это датчики из платины с коэффициентом 3911 ppm/K и R0 = 50 и 100 Ом, а датчики известные как 50М и 100М — это медь 4280 ppm/K с номинальным сопротивлением 50 и 100 Ом.

Точность датчика
Точность термосопротивления — это то, насколько зависимость R(T) реального датчика может отклониться от идеальной НСХ. Для обозначения точности термосопротивлений используют понятие класса допуска (от же класс точности).

Класс допуска определяет максимальное допустимое отклонение от номинальной характеристики, причем задается это отклонение как функция температуры — при нуле градусов фиксируется наименьшее допустимое отклонение, а при уменьшении или увеличении температуры диапазон допустимых значений линейно увеличивается.

Когда дело касается классов допуска, бардак в действующих стандартах только усугубляется — даже названия классов в разных источниках могут отличаться.

Приведенные в таблице допуски соответствуют большинству действующих стандартов для платиновых датчиков 3850 ppm/K, включая ГОСТ и европейский DIN 60751 (IEC-751), который с большой натяжкой можно назвать общепринятым.

Однако и здесь есть исключения

Например, в американском стандарте ASTM E1137 классы допуска платиновых датчиков именуются Grade и определяются иначе:

Если же говорить о платине с другими температурными коэффициентами или о никелевых и медных датчиках, то можно обнаружить и другие определения допусков.

Класс допуска описывает не только максимальную величину допуска, но и диапазон температур, на котором этот допуск гарантируется. Вы, наверное, уже догадались, что в разных стандартах эти диапазоны могут существенно отличаться. Это действительно так, причем диапазон температур зависит не только от класса допуска и типа датчика, но и от технологии, по которой выполнен датчик — у намоточных датчиков диапазон всегда шире.

О том, что такое намоточные и тонкопленочные датчики — чуть ниже.

На картинке — кассы допуска для платиновых датчиков с температурным коэффициентом 3850 по стандарту DIN 60751 (IEC-751).

Определения классов допуска для тонкопленочных и намоточных платиновых датчиков Pt 3850 ppm/K

Я привожу все эти подробности о терминологии и разночтениях в стандартах чтобы донести одну простую мысль: выбирая термосопротивление легко запутаться и неверно истолковать характеристики элемента. Важно понимать какие именно требования вы предъявляете к элементу (в абсолютных цифрах, а не в классах) и сравнивать их с абсолютными цифрами из документации на конкретный датчик.

Специальные корпуса

Вообще говоря, многообразие корпусов — это одна из главных фишек компании IST. Здесь делают самые разные датчики, причем нестандартные решения доступны не только для крупных клиентов, но и для среднесерийных производств.

Замена намоточных датчиков

Например, для прямой замены намоточных датчиков на тонкопленочные производятся термосопротивления в специальном цилиндрическом корпусе. Миниатюрный прямоугольный датчик помещается внутри керамического корпуса, который повторяет классический форм-фактор намоточных датчиков.

Такой корпус не выполняет никаких защитных функций, его единственный смысл — безболезненный переход c намоточных термосопротивлений на тонкопленочные.

Металлические гильзы

Очень популярны термосопротивления, выполненные в виде зондов — гильз из нержавейки, которые опускаются в жидкую среду. Обычно такие датчики изготавливаются следующим образом: чувствительный элемент — тонкопленочный или намоточный сенсор — помещается в металлический корпус, после чего гильза заполняется чем-нибудь вроде оксида магния (высокая теплопроводность плюс хорошие электроизолирующие свойства).

При использовании тонкопленочных технологий можно усовершенствовать эту конструкцию: поскольку тонкопленочные датчики плоские и имеют относительно небольшой размер, сенсор можно установить прямо на «дно» гильзы.

Таким образом достигается два положительных эффекта. Во-первых, значительно сокращается время отклика (датчик выходит на рабочий режим менее чем за полторы секунды). Во-вторых, гильзу можно опускать в измеряемую среду не полностью, а всего на 10 мм почти без потери точности.

Графики, которые вскружат вам голову

При изготовлении RealProbeTemp используются чувствительные элементы, у которых выводы крепятся не стандартным способом, а перпендикулярно плоскости датчика. Такие элементы доступны и отдельно, их применяют в задачах, когда датчик должен быть установлен в узкое отверстие или в трубку.

Контакт с поверхностью объекта измерений

Тот факт, что тонкопленочные датчики являются плоскими, позволяет выпускать разные специальные решения для наилучшего контакта с поверхностью объекта измерений. Чтобы сократить время отклика и обеспечить максимальную достоверность измерений, у самого сенсора метализируется тыльная сторона. Металлизированные датчики доступны для заказа отдельно, но чаще их изготавливают сразу закрепленными на контактной площадке. Контактные площадки могут иметь различные формы и размеры, в зависимости от задачи.

Например, для лучшего контакта при измерении температуры трубы нужна гибкая площадка, а при измерении температуры небольшой детали проще взять отдельный датчик и крепить его на саму деталь.

Несколько датчиков с контактными площадками также можно рассмотреть на фотографии выше.

Ассортимент, цены, коровник

Всего за свою историю IST выпустили более 4000 разных моделей датчиков и преимущественно это платиновые датчики температуры. Бóльшая часть производственных мощностей компании расположены в Швейцарии, но некоторые наименее технологичные операции выполняются на фабрике в Чехии. Конечно, такой расклад наталкивает на мысль о дороговизне датчиков IST.

Цены на термосопротивления IST действительно выше чем цены на аналогичные noname-решения из Китая, однако такое сравнение само по себе не корректно. Термосопротивления IST — это определенные гарантии качества и надежности. Существует множество задач, где такие гарантии важнее, чем минимальная цена. Чтобы говорить о качестве и надежности не голословно, замечу что датчик температуры от IST, например, летал на «Розетте» на комету Чурюмова-Герасименко.

При этом цены на швейцарские термосопротивления сложно назвать космическими — Pt100 класса А в SMD-корпусе я отдаю со склада в РФ по 2 евро за штучку, Pt100 класса B в корпуса Flip-Chip — по 0.98 евро, а цены на выводные датчики для температур от -200 до +300°C начинаются с 3.68 евро. Это розница с НДС, если что.

Завершая рассказ о производстве IST-AG, добавляю пруф соседства штаб-квартиры IST с коровником. Спасибо за внимание.

Спецпредложения

Иглы для инъекторов Fomaco (ФОМАКО). Изготовление по эскизам .

1 800

Для бесперебойной работы отопительной системы используются терморегуляторы, позволяющие автоматически поддерживать заданную температуру теплоносителя. Датчик температуры для газовых котлов может контактировать с теплоносителем, определяя его температуру, располагаться в помещении или на улице, для регулирования работы оборудования.

По типу передачи сигнала разделяются:

По способу снятия показаний различаются спиртовые, биметаллические модели. Спиртовой индикатор работает по принципу обычного термометра. Биметаллические приспособления определяют температуру благодаря разнице в физических свойствах металлов.

Не каждый твердотопливный котел оснащен температурными датчиками, иногда термостат приходится устанавливать самостоятельно. В газовых котлах термодатчики входят в базовую комплектацию.

Производственная фирма Замер

Наша компания 1993 года занимаемся разработкой и производством

контрольно – измерительных приборовдатчиков для различных областей перерабатывающей промышленности. Среди приборов, выпускаемых нашим предприятием, наибольшим спросом пользуются:

– цифровые электронные термометры различного назначения, в том числе для измерения температуры мяса, фарша, сыров, карамелей, зерна, температуры рельс, нефте-химических и строительных материалов, температуры у животных и пр.; – щитовые (стационарные) измерители и регуляторы температуры и относительной влажностиемкостные и психрометрические, одноканальные и многоканальные с питанием 220 В; – цифровые таймеры и реле времени, для автоматизации технологических процессов, циклические, реверсивные и пр.; – датчики температуры различного назначения (ХА, ХК, Pt100, 50М, 100М, 50П, 1000П), в том числе для термокамер, упаковочных машин, котлов и пр.; – цифровые pH-метры (в том числе позволяющие производить измерения непосредственно в мясе, сыре, почве) и буфферные растворы к ним;

– регистраторы температуры термографы; – электронные устройства для подгона скота (электро-погонялки); – пульты (щиты) управления для технологического оборудования.

Типовая структура тонкопленочного датчика

Напомню, что тонкопленочный датчик представляет собой резистор, выполненный на базе платины, никеля или меди.

Технология изготовления тонкопленочных датчиков берет начало в полупроводниковой промышленности: на керамическую подложку напыляется тонкий слой металла, из которого формируется токопроводящая дорожка, которую часто называют меандром. Металлический меандр покрывается сверху изолирующим (пассивационным) слоем из стекла, устойчивого к температурному и химическому воздействию. Специально подобранный состав стекла также используется для фиксации выводов.

Производственный процесс

Среди идеально-зеленых швейцарских лугов, по соседству с коровником, стоит современное минималистичное здание с панорамными окнами. Здесь расположены главный офис и основные производственные мощности швейцарской компании IST-AG.

Большую часть продукции, которую выпускает IST-AG, составляют тонкопленочные датчики температуры, они же термосопротивления (RTD). Из статьи “Термосопротивления: теория” можно узнать что это такое и как оно работает.

Сегодня расскажу об основных этапах производственного процесса. Как и на производстве полупроводников, всё начинается с керамической подложки..

Купить датчик температуры котла

Выбирая датчик температуры воздуха для котла, можно остановиться на модели, замеряющей температуру воздуха в комнате или за пределами помещения. Принимая решение купить комнатный измеритель температуры отопления, пользователь получает приспособление, способное регулировать интенсивность сгорания газа, твердого топлива, в соответствии с заданной температурой в помещении. Наружные датчики корректируют работу отопительной системы, в зависимости от погодных условий. Оба варианта позволяют снизить расходы на коммунальные услуги, обеспечить более точную работу отопительного оборудования.

В нашем интернет-магазине можно приобрести дополнительное оснащение, запчасти к котлам различных брендов. Выбирая комплектующие, важно ориентироваться на рекомендации производителей, покупать совместимые модели.

Чтобы приобрести датчик температуры котла, вам не придется тратить время на поиски нужной модели. Удобные фильтры, понятный интерфейс, помогут оперативно справиться с поиском подходящей модели, оформлением заказа. Демократичные цены на датчики уровня температуры системы отопления, оперативная доставка в любой регион России, сделают покупку приятной.

Датчики уровня температуры для котлов системы отопления

Контроль над работой системы отопления может осуществляться различными способами. Для этого применяется автоматика для подпитки, группы безопасности, смесительные узлы. Хотя приспособления отличаются принципом действия, их объединяет датчик температуры котла, который помогает осуществлять надзор над работой оборудования.

Таким образом, первый этап производства — это нанесение платины на керамическую подложку.

Здесь и далее я буду говорить о производстве именно платиновых датчиков. Во-первых, подавляющая часть современных термосопротивлений — это платиновые элементы с характеристикой 3850 ppm/K (подробнее этот вопрос освещен в предыдущей статье), а во-вторых, производство никелевых и медных термосопротивлений мало чем отличается.

Стандартная толщина керамической подложки — 0.63 мм, но иногда изготавливаются специальные датчики с подложкой толщиной 0.З8 и даже 0.25 мм. Уменьшение толщины подложки позволяет сократить время отклика датчика, тонкие подложки также используются при изготовлении датчиков с высоким номинальным сопротивлением, например 10кОм.

Керамические пластины подвергаются химической очистке и травлению. Естественно, эти операции выполняются в чистом помещении на современном оборудовании. О чистой комнате в IST нужно сказать две вещи: она сертифицирована по стандарту ISO-5 и оттуда открывается чудный вид на альпийские луга.

На очищенную керамическую пластину напыляется слой металла. Состав металла определяет вид зависимости сопротивления датчика от измеряемой температуры — различным видам платины соответствуют разные коэффициенты A, B и C полинома R(T), об этом предыдущая статья.

Пластина с напыленной платиной

На очищенную керамическую пластину наносится фоторезист — светочувствительный материал, который используется как маска для формирования проводящих структур и при изготовлении полупроводников, и на производстве печатных плат и в других процессах. Фоторезист наносится центрифугированием.

Фоторезист чувствителен к ультрафиолетовому спектру, поэтому этот этап работ проводится при неактиничном (желтом) освещении.

Платина, покрытая фоторезистом

Пластина с фоторезистом совмещается с маской, которая и определяет структуру меандра, а значит и важные параметры будущего датчика — номинальное сопротивление R0 и размер.

Далее проводится экспонирование — пластина с наложенной маской засвечивается, таким образом незакрытые маской участки фоторезиста закрепляются на пластине.

После травления — удаления фоторезиста с незасвеченных участков — на керамической пластине остаются токопроводящие дорожки.

В зависимости от использованной маски на пластине помещается разное количество датчиков, в среднем около 2000 штук. Легко догадаться, что использование «непопулярной» маски, то есть изготовление датчиков с редкими характеристиками, невыгодно для небольших заказов.

На этом же этапе производства на пластину наносятся металлические площадки для крепления выводов, для этого используется трафаретная печать.

Геометрия меандра, нанесенного по одной из стандартных масок, может быть скорректирована с помощью лазерной подгонки. В прошлой статье упоминался тот факт, что помимо стандартных R0 — 50, 100, 500, 1000 Ом, термосопротивление может иметь номинальное сопротивление, сдвинутое относительно стандартного значения. Сдвиг R0 можно сделать как раз за счет лазерной подгонки.

После того как меандр сформирован, пластина покрывается пассивационным слоем из стекла. Далее пластина разрезается, а заготовки датчиков перемещаются из чистой комнаты в обычные помещения.

Здесь можно проследить интересную взаимосвязь между размером датчика и его ценой. Существует около 15 стандартных размеров выводных датчиков: 1.6 × 1.2 мм, 2 × 2 мм, 2.3 × 2 мм, 2.5 × 1.6 мм, 3 × 0.8 мм, 3 × 2.5 мм, 4 × 2 мм, 5 × 5 мм, 5 × 1.6 мм, 5 × 2 мм, 5 × 2.5 мм, 5 × 3.8 мм, 10 × 2 мм и т.д.

Логично, что при прочих равных самые большие по площади датчики будут дороже — для их производства требуется больше материалов. Однако есть и другое обстоятельство — датчики размером меньше двух миллиметров тоже стоят дороже, это связано с методом разрезания пластин.

В большинстве случаев для разделения пластин на отдельные датчики используется разламывание, однако для относительно маленьких датчиков этот метод неприменим, поэтому при изготовлении миниатюрных датчиков на пластину алмазным резцом предварительно наносятся риски. Лишняя операция — дополнительная стоимость. Таким образом, оптимальными по цене являются датчики размером 2 x 2, 2.3 × 2 или 5 × 2 мм.

Когда пластины разрезаны, к датчикам добавляют выводы — автоматические машины приваривают выводы на контактные площадки, после чего место крепления покрывается защитным слоем из стекла.

На этом производство датчиков завершается. Далее проводятся процедуры проверки точности каждого элемента и упаковка продукции.

Проверка точности выявляет какому классу допуска (здесь опять ссылаюсь на предыдущую статью) соответствует каждый элемент. По очень примерной оценке с каждой пластины получается около трети датчиков каждого класса (B, A, AA). Отсюда разница в цене — класс B самый дешевый, аналогичный датчик класса A будет стоить процентов на 20 дороже, а датчик класса AA ещё процентов на 20-30 дороже — наиболее точные датчики подвергаются дополнительным контрольным измерениям.

О выводных датчиках

Вернемся к выводам датчиков. Выводы выполняются из различных материалов, могут иметь разную длину и форму (круглые / плоские). Доступны датчики с многожильными выводами, датчики с эмалированными и изолированными выводами. Большинство датчиков имеет два вывода, но есть и элементы для 3- и 4-проводной схемы включения.

Тип выводов зависит в первую очередь от температурного диапазона датчика. Например, эмалированные медные провода терпят только температуры до +150°C, выводы из сплавов серебра и никеля выдерживают более высокие температуры. Для температур до +600°C необходимы провода с платиновым покрытием, а для работы с температурами до +750 или до +850°C нужны уже полностью платиновые выводы.

Кстати о длине выводов. Чаще всего если датчику нужны длинные выводы, то контакты наращиваются до нужной длины — дополнительный провод приваривается или припаивается. Однако есть задачи, в которых требования к надежности столь высоки, что дополнительное соединение недопустимо и выводы нужной длины должны быть установлены изначально. Так при изготовлении датчиков для CERN к контактным площадкам датчика были приварены выводы длиной целых 35 метров.

О SMD датчиках

Большинство термометров сопротивления — это выводные компоненты, однако именно благодаря тонкопленочной технологии появились термомсопротивления для поверхностного монтажа (не устаю ссылаться на предыдущую статью).

Выпускаются как классические SMD-компоненты, так и датчики для монтажа Flip-Chip. Для установки компонентов Flip-Chip требуется более сложное оборудование (точное позиционирование, контроль усилия по оси Z, дополнительная защита от пыли). С другой стороны, датчики Flip-Chip дешевле, они занимают меньше места, и вообще будущее за ними.

Датчики для поверхностного монтажа выпускаются со стандартными размерами — 1206, 0805 и 0603.

Структура термометров сопротивления

Итак, термосопротивления представляют собой резисторы, выполненные из платины или, реже, из никеля или меди. Выше уже упоминались две технологии — намоточная (проволочная) и тонкопленочная.

Намоточные датчики — это термосопротивления, выполненные на основе спиралей из металлической проволоки. Существует два основных способа изготовления намоточных датчиков. В первом случае проволока наматывается на стеклянный или керамический цилиндр, после чего конструкция покрывается изолирующим слоем из стекла. Второй способ — это помещение металлических спиралей в каналы внутри керамического цилиндра.

При изготовлении тонкопленочных датчиков на керамическую подложку напыляется тонкий слой металла, который образует токопроводящую дорожку, так называемый меандр. После этого датчик покрывается изолирующим слоем из стекла.

Большинство современных термосопротивлений выполняется по одной из этих трёх технологий. В источниках встречаются противоречивые мнения о том, какая конструкция более устойчива к вибрациям или перепадам температур. Оценки стоимости датчиков разных конструкций тоже сильно разнятся.

На деле принципиальных отличий между характеристиками датчиков разной конструкции нет, цены на тонкопленочные и намоточные датчики также находятся в одном диапазоне.

В большинстве случаев совершенно не важно как именно устроен датчик — при выборе компонента имеет значение только соотношение цены и характеристик конкретного элемента (нужно только не забывать что классы допуска для тонкопленочных датчиков определены на более узком диапазоне температур). Однако в некоторых задачах тонкопленочные датчики осознанно предпочитают намоточным. На это есть три главных причины:

У тонкопленочной технологии есть и другие интересные свойства, позволяющие, например, сократить время отклика датчика температуры или изготовить на базе термосопротивлений датчики скорости потока. Об этом будем говорить в следующей статье, которая полностью посвящена процессу изготовления тонкопленочных датчиков.

Заключение

В заключении традиционно благодарю читателя за внимание и напоминаю, что вопросы по применению продукции, о которой мы пишем на хабре, можно также задавать на email, указанный в моем профиле.

upd #1: Статья «Термосопротивления: производственный процесс» опубликована.

upd #2: все упомянутые датчики и модули доступны со склада. Больше информации на efo-sensor.ru

upd: все упомянутые датчики и модули доступны со склада. Больше информации на efo-sensor.ru