Αισθητήρες θερμοκρασίας - Τύποι, εργασία & λειτουργία

Δοκιμάστε Το Όργανο Μας Για Την Εξάλειψη Των Προβλημάτων





Η θερμοκρασία είναι η πιο συχνά μετρούμενη περιβαλλοντική ποσότητα. Αυτό μπορεί να αναμένεται, καθώς τα περισσότερα φυσικά, ηλεκτρονικά, χημικά, μηχανικά και βιολογικά συστήματα επηρεάζονται από τη θερμοκρασία. Ορισμένες χημικές αντιδράσεις, βιολογικές διεργασίες, ακόμη και ηλεκτρονικά κυκλώματα αποδίδουν καλύτερα σε περιορισμένες θερμοκρασίες. Η θερμοκρασία είναι μία από τις πιο συχνά μετρημένες μεταβλητές και συνεπώς δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι υπάρχουν πολλοί τρόποι ανίχνευσής της. Αίσθηση θερμοκρασίας μπορεί να γίνει είτε μέσω άμεσης επαφής με την πηγή θέρμανσης είτε εξ αποστάσεως, χωρίς άμεση επαφή με την πηγή χρησιμοποιώντας ακτινοβολούμενη ενέργεια. Υπάρχει μια μεγάλη ποικιλία αισθητήρων θερμοκρασίας στην αγορά σήμερα, συμπεριλαμβανομένων Θερμοστοιχείων, Ανιχνευτών Θερμοκρασίας Αντίστασης (RTDs), Θερμίστορ, Υπέρυθρων και Ημιαγωγών.

5 τύποι αισθητήρων θερμοκρασίας

  • Θερμοστοιχείο : Είναι ένας τύπος αισθητήρα θερμοκρασίας, ο οποίος κατασκευάζεται συνδυάζοντας δύο ανόμοια μέταλλα στο ένα άκρο. Το ενωμένο άκρο αναφέρεται ως το HOT JUNCTION. Το άλλο άκρο αυτών των ανόμοιων μετάλλων αναφέρεται ως COLD END ή COLD JUNCTION. Η ψυχρή σύνδεση σχηματίζεται στο τελευταίο σημείο του υλικού θερμοστοιχείου. Εάν υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ της καυτής διασταύρωσης και της ψυχρής διασταύρωσης, δημιουργείται μια μικρή τάση. Αυτή η τάση αναφέρεται ως EMF (ηλεκτροκινητική δύναμη) και μπορεί να μετρηθεί και με τη σειρά της να χρησιμοποιηθεί για να δείξει τη θερμοκρασία.
Θερμοστοιχείο

Θερμοστοιχείο



  • Η ΕΤΑ είναι μια συσκευή ανίχνευσης θερμοκρασίας της οποίας η αντίσταση αλλάζει με τη θερμοκρασία. Συνήθως κατασκευάζεται από πλατίνα, αν και συσκευές που είναι κατασκευασμένες από νικέλιο ή χαλκό δεν είναι ασυνήθιστες, οι ΕΤΑ μπορούν να έχουν πολλά διαφορετικά σχήματα όπως σύρμα, λεπτή μεμβράνη. Για να μετρήσετε την αντίσταση σε RTD, εφαρμόστε ένα σταθερό ρεύμα, μετρήστε την προκύπτουσα τάση και προσδιορίστε την αντίσταση RTD. Τα ΕΤΑ παρουσιάζουν αρκετά γραμμικό αντίσταση στις καμπύλες θερμοκρασίας πέρα από τις περιοχές λειτουργίας τους και οποιαδήποτε μη γραμμικότητα είναι εξαιρετικά προβλέψιμη και επαναλαμβανόμενη. Ο πίνακας αξιολόγησης PT100 RTD χρησιμοποιεί επιφανειακή τοποθέτηση RTD για τη μέτρηση της θερμοκρασίας. Ένα εξωτερικό PT100 2, 3 ή 4 καλωδίων μπορεί επίσης να συσχετιστεί με τη μέτρηση της θερμοκρασίας σε απομακρυσμένες περιοχές. Τα RTDs προκαλούν προκατάληψη χρησιμοποιώντας μια σταθερή τρέχουσα πηγή. Για τη μείωση της αυτοθέρμανσης λόγω απορρόφησης ισχύος, το μέγεθος του ρεύματος είναι αρκετά χαμηλό. Το κύκλωμα που φαίνεται στο σχήμα είναι η πηγή σταθερού ρεύματος χρησιμοποιεί τάση αναφοράς, έναν ενισχυτή και ένα τρανζίστορ PNP.

Εφαρμογές μέτρησης ανιχνευτών αντίστασης

  • Θερμίστορ : Παρόμοιο με το RTD, το θερμίστορ είναι μια συσκευή ανίχνευσης θερμοκρασίας της οποίας η αντίσταση αλλάζει με τη θερμοκρασία. Τα θερμίστορ, ωστόσο, κατασκευάζονται από υλικά ημιαγωγών. Η αντίσταση προσδιορίζεται με τον ίδιο τρόπο όπως το RTD, αλλά οι θερμίστορ παρουσιάζουν μια εξαιρετικά μη γραμμική αντίσταση έναντι της καμπύλης θερμοκρασίας. Έτσι, στο εύρος λειτουργίας των θερμίστορ, μπορούμε να δούμε μια μεγάλη αλλαγή αντίστασης για μια πολύ μικρή αλλαγή θερμοκρασίας. Αυτό δημιουργεί μια εξαιρετικά ευαίσθητη συσκευή, ιδανική για εφαρμογές καθορισμένου σημείου.
  • Ημιαγωγός Αισθητήρες : Κατατάσσονται σε διαφορετικούς τύπους όπως Έξοδος τάσης, Έξοδος ρεύματος, Ψηφιακή έξοδος, Πυρίτιο εξόδου αντίστασης και αισθητήρες θερμοκρασίας Δίοδος. Οι σύγχρονοι αισθητήρες θερμοκρασίας ημιαγωγών προσφέρουν υψηλή ακρίβεια και υψηλή γραμμικότητα σε εύρος λειτουργίας από περίπου 55 ° C έως + 150 ° C. Οι εσωτερικοί ενισχυτές μπορούν να κλιμακώσουν την έξοδο σε βολικές τιμές, όπως 10mV / ° C. Είναι επίσης χρήσιμα σε κυκλώματα αντιστάθμισης ψυχρής διασταύρωσης για θερμοζεύγη ευρείας θερμοκρασίας. Σύντομες λεπτομέρειες σχετικά με αυτόν τον τύπο αισθητήρα θερμοκρασίας δίνονται παρακάτω.

IC αισθητήρα

Υπάρχει μια μεγάλη ποικιλία IC αισθητήρα θερμοκρασίας που είναι διαθέσιμα για την απλοποίηση του ευρύτερου δυνατού φάσματος προκλήσεων παρακολούθησης θερμοκρασίας. Αυτοί οι αισθητήρες θερμοκρασίας πυριτίου διαφέρουν σημαντικά από τους προαναφερθέντες τύπους με μερικούς σημαντικούς τρόπους. Το πρώτο είναι το εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας. Ένας αισθητήρας θερμοκρασίας IC μπορεί να λειτουργήσει σε ονομαστική περιοχή θερμοκρασίας IC από -55 ° C έως + 150 ° C. Η δεύτερη σημαντική διαφορά είναι η λειτουργικότητα.




Ένας αισθητήρας θερμοκρασίας πυριτίου είναι ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα και, ως εκ τούτου, μπορεί να περιλαμβάνει εκτεταμένα κυκλώματα επεξεργασίας σήματος στην ίδια συσκευασία με τον αισθητήρα. Δεν υπάρχει ανάγκη προσθήκης κυκλωμάτων αντιστάθμισης για τον αισθητήρα θερμοκρασίας ICS. Μερικά από αυτά είναι αναλογικά κυκλώματα με τάση ή ρεύμα. Άλλοι συνδυάζουν κυκλώματα αναλογικής ανίχνευσης με συγκριτικά τάσης για να παρέχουν συναρτήσεις συναγερμού. Ορισμένα άλλα IC αισθητήρα συνδυάζουν κύκλωμα αναλογικής ανίχνευσης με ψηφιακή είσοδο / έξοδο και μητρώα ελέγχου , καθιστώντας τα ιδανική λύση για συστήματα που βασίζονται σε μικροεπεξεργαστή.

Ο ψηφιακός αισθητήρας εξόδου συνήθως περιέχει έναν αισθητήρα θερμοκρασίας, έναν μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό (ADC), μια ψηφιακή διεπαφή δύο καλωδίων και καταχωρητές για τον έλεγχο της λειτουργίας του IC. Η θερμοκρασία μετράται συνεχώς και μπορεί να διαβαστεί ανά πάσα στιγμή. Εάν είναι επιθυμητό, ​​ο κεντρικός επεξεργαστής μπορεί να δώσει εντολή στον αισθητήρα να παρακολουθεί τη θερμοκρασία και να λαμβάνει έναν πείρο εξόδου υψηλό (ή χαμηλό) εάν η θερμοκρασία υπερβαίνει ένα προγραμματισμένο όριο. Η χαμηλότερη θερμοκρασία κατωφλίου μπορεί επίσης να προγραμματιστεί και ο ξενιστής μπορεί να ειδοποιηθεί όταν η θερμοκρασία έχει πέσει κάτω από αυτό το όριο. Έτσι, ο ψηφιακός αισθητήρας εξόδου μπορεί να χρησιμοποιηθεί για αξιόπιστη παρακολούθηση θερμοκρασίας σε συστήματα που βασίζονται σε μικροεπεξεργαστή.

Αισθητήρας θερμοκρασίας

Αισθητήρας θερμοκρασίας

Ο παραπάνω αισθητήρας θερμοκρασίας έχει τρεις ακροδέκτες και απαιτείται μέγιστη παροχή 5,5 V. Αυτός ο τύπος αισθητήρα αποτελείται από ένα υλικό που λειτουργεί ανάλογα με τη θερμοκρασία για να μεταβάλλει την αντίσταση. Αυτή η αλλαγή αντίστασης ανιχνεύεται από το κύκλωμα και υπολογίζει τη θερμοκρασία. Όταν η τάση αυξάνεται τότε η θερμοκρασία αυξάνεται επίσης. Μπορούμε να δούμε αυτήν τη λειτουργία χρησιμοποιώντας μια δίοδο.

Αισθητήρες θερμοκρασίας που συνδέονται άμεσα με την είσοδο μικροεπεξεργαστή και έτσι είναι ικανοί για άμεση και αξιόπιστη επικοινωνία με μικροεπεξεργαστές. Η μονάδα αισθητήρα μπορεί να επικοινωνεί αποτελεσματικά με επεξεργαστές χαμηλού κόστους χωρίς την ανάγκη μετατροπέων A / D.


Ένα παράδειγμα αισθητήρα θερμοκρασίας είναι LM35 . Οι σειρές LM35 είναι αισθητήρες θερμοκρασίας ολοκληρωμένου κυκλώματος ακριβείας, των οποίων η τάση εξόδου είναι γραμμικά ανάλογη με τη θερμοκρασία Κελσίου. Το LM35 λειτουργεί στους -55˚ έως + 120˚C.

Ο βασικός αισθητήρας θερμοκρασίας εκατονταβάθμου (+ 2 +C έως + 150˚C) φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

LM35

Χαρακτηριστικά του αισθητήρα θερμοκρασίας LM35:

  • Βαθμονομήθηκε απευθείας σε ˚ Κελσίου (Κελσίου)
  • Βαθμολογήθηκε για πλήρες εύρος l ˚55 + έως + 150˚C
  • Κατάλληλο για απομακρυσμένες εφαρμογές
  • Χαμηλό κόστος λόγω κοπής σε επίπεδο γκοφρέτας
  • Λειτουργεί από 4 έως 30 βολτ
  • Χαμηλή αυτοθέρμανση,
  • ± 1 / 4˚C τυπικής μη γραμμικότητας

Λειτουργία του LM35:

  • Το LM35 μπορεί να συνδεθεί εύκολα με τον ίδιο τρόπο όπως και άλλοι αισθητήρες θερμοκρασίας ολοκληρωμένου κυκλώματος. Μπορεί να κολλήσει ή να στερεωθεί σε μια επιφάνεια και η θερμοκρασία του θα είναι περίπου στο εύρος των 0,01˚C της επιφανειακής θερμοκρασίας.
  • Αυτό προϋποθέτει ότι η θερμοκρασία του αέρα περιβάλλοντος είναι σχεδόν ίδια με τη θερμοκρασία της επιφάνειας εάν η θερμοκρασία του αέρα ήταν πολύ υψηλότερη ή χαμηλότερη από τη θερμοκρασία της επιφάνειας, η πραγματική θερμοκρασία της μήτρας LM35 θα ήταν σε μια ενδιάμεση θερμοκρασία μεταξύ της θερμοκρασίας της επιφάνειας και του αέρα θερμοκρασία.

LM35-2Οι αισθητήρες θερμοκρασίας έχουν γνωστές εφαρμογές στον έλεγχο περιβάλλοντος και διεργασίας, καθώς και στη δοκιμή, τη μέτρηση και τις επικοινωνίες. Μια ψηφιακή θερμοκρασία είναι ένας αισθητήρας, ο οποίος παρέχει ενδείξεις θερμοκρασίας 9-bit. Οι ψηφιακοί αισθητήρες θερμοκρασίας προσφέρουν εξαιρετική ακρίβεια ακριβείας, είναι σχεδιασμένοι για ανάγνωση από 0 ° C έως 70 ° C και είναι δυνατόν να επιτευχθεί ακρίβεια ± 0,5 ° C. Αυτοί οι αισθητήρες ευθυγραμμίζονται πλήρως με ψηφιακές μετρήσεις θερμοκρασίας σε βαθμούς Κελσίου.

  • Ψηφιακοί αισθητήρες θερμοκρασίας: Οι ψηφιακοί αισθητήρες θερμοκρασίας εξαλείφουν την ανάγκη για πρόσθετα εξαρτήματα, όπως ένας μετατροπέας A / D, εντός της εφαρμογής και δεν υπάρχει ανάγκη βαθμονόμησης εξαρτημάτων ή του συστήματος σε συγκεκριμένες θερμοκρασίες αναφοράς, όπως απαιτείται κατά τη χρήση θερμίστορ. Οι ψηφιακοί αισθητήρες θερμοκρασίας αντιμετωπίζουν τα πάντα, επιτρέποντας την απλοποίηση της βασικής λειτουργίας παρακολούθησης της θερμοκρασίας του συστήματος.

Τα πλεονεκτήματα ενός ψηφιακού αισθητήρα θερμοκρασίας είναι βασικά με την απόδοση ακριβείας σε βαθμούς Κελσίου. Η έξοδος του αισθητήρα είναι μια ισορροπημένη ψηφιακή ανάγνωση. Αυτό δεν έχει κανένα άλλο συστατικό στοιχείο, όπως έναν αναλογικό σε ψηφιακό μετατροπέα και πολύ απλούστερο στη χρήση από ένα απλό θερμίστορ που παρέχει μια μη γραμμική αντίσταση με μεταβολή θερμοκρασίας.

Ένα παράδειγμα ψηφιακού αισθητήρα θερμοκρασίας είναι το DS1621, το οποίο παρέχει ένδειξη θερμοκρασίας 9-bit.

Δυνατότητες DS1621:

  1. Δεν απαιτούνται εξωτερικά εξαρτήματα.
  2. Μετράται το εύρος θερμοκρασίας από -55⁰C έως + 125⁰C σε διαστήματα 0,5⁰.
  3. Δίνει τιμή θερμοκρασίας ως ανάγνωση 9-bit.
  4. Ευρύ φάσμα τροφοδοσίας (2,7V έως 5,5V).
  5. Μετατρέπει τη θερμοκρασία σε ψηφιακή λέξη σε λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο.
  6. Οι θερμοστατικές ρυθμίσεις είναι προσδιορίσιμες από το χρήστη και μη πτητικές.
  7. Είναι DIP 8 ακίδων.

Ψηφιακός αισθητήρας θερμοκρασίας

Περιγραφή καρφίτσας:

  • SDA - Είσοδος / έξοδος σειριακών δεδομένων 2 καλωδίων.
  • SCL - 2-Wire Serial Clock.
  • GND - Έδαφος.
  • TOUT - Σήμα εξόδου θερμοστάτη.
  • A0 - Εισαγωγή διεύθυνσης τσιπ.
  • A1 - Εισαγωγή διεύθυνσης τσιπ.
  • A2 - Εισαγωγή διεύθυνσης τσιπ.
  • VDD - Τάση τροφοδοσίας.

Εργασία του DS1621:

  • Όταν η θερμοκρασία της συσκευής υπερβαίνει μια καθορισμένη από τον χρήστη θερμοκρασία ΥΨΗΛΗ τότε η έξοδος TOUT είναι ενεργή. Η έξοδος θα παραμείνει ενεργή έως ότου η θερμοκρασία πέσει κάτω από τη θερμοκρασία που καθορίζεται από το χρήστη LOW.
  • Οι ρυθμίσεις θερμοκρασίας που καθορίζονται από τον χρήστη αποθηκεύονται σε μη πτητική μνήμη, ώστε να μπορούν να προγραμματιστούν πριν από την εισαγωγή σε ένα σύστημα.
  • Η ανάγνωση της θερμοκρασίας παρέχεται σε ένδειξη συμπληρώματος 9-bit, δύο εκδίδοντας την εντολή READ TEMPERATURE στον προγραμματισμό.
  • Μια σειριακή διεπαφή 2 καλωδίων χρησιμοποιείται για είσοδο στο DS16121 για τις ρυθμίσεις θερμοκρασίας και την έξοδο της ανάγνωσης θερμοκρασίας από το DS1621

Κύκλωμα ψηφιακού αισθητήρα θερμοκρασίας

Δικαιώματα φωτογραφίας:

  • Αισθητήρας θερμοκρασίας από wikimedia