Senzori temperature - vrste, rad i rad

Temperatura je najčešće mjerena okolišna veličina. To se može očekivati ​​budući da na većinu fizičkih, elektroničkih, kemijskih, mehaničkih i bioloških sustava utječe temperatura. Određene kemijske reakcije, biološki procesi, pa čak i elektronički krugovi najbolje se izvode u ograničenim temperaturnim rasponima. Temperatura je jedna od najčešće izmjerenih varijabli i stoga ne čudi što postoji mnogo načina da se to osjeti. Osjetnik temperature može se obaviti izravnim kontaktom s izvorom grijanja ili daljinski, bez izravnog kontakta s izvorom, umjesto korištenja zračene energije. Danas je na tržištu široka paleta temperaturnih senzora, uključujući termoparove, otporne temperaturne detektore (RTD), termistore, infracrvene i poluvodičke senzore.

5 vrsta temperaturnih senzora

• Termoelement : To je vrsta temperaturnog senzora koji se izrađuje spajanjem dva različita metala na jednom kraju. Spojeni kraj naziva se VROĆI JUNCTION. Drugi kraj ovih različitih metala naziva se HLADNI KRAJ ili HLADNI SPOJ. Hladni spoj nastaje na posljednjoj točki materijala termoelementa. Ako postoji razlika u temperaturi između vrućeg i hladnog spoja, stvara se mali napon. Ovaj se napon naziva EMR (elektromotorna sila) i može se mjeriti i zauzvrat koristiti za pokazivanje temperature.

Termoelement

• RTD je uređaj za mjerenje temperature čiji se otpor mijenja s temperaturom. Tipično izrađeni od platine, iako uređaji izrađeni od nikla ili bakra nisu rijetkost, RTD-ovi mogu imati mnogo različitih oblika poput namotane žice, tankog filma. Za mjerenje otpora na RTD primijenite konstantnu struju, izmjerite rezultirajući napon i odredite RTD otpor. RTD pokazuju prilično linearno otpornost na temperaturne krivulje u njihovim operativnim regijama i svaka je nelinearnost vrlo predvidljiva i ponovljiva. Ploča za ocjenu PTD RTD koristi RTD za površinsko montiranje za mjerenje temperature. Vanjski 2, 3 ili 4-žični PT100 također se može povezati s mjerenjem temperature u udaljenim područjima. RTD-ovi su pristrani pomoću konstantnog izvora struje. Da bi se smanjilo samozagrijavanje zbog rasipanja snage, trenutna veličina je umjereno niska. Sklop prikazan na slici je izvor stalne struje koji koristi referentni napon, jedno pojačalo i PNP tranzistor.

• Termistori : Slično RTD-u, termistor je uređaj za mjerenje temperature čiji se otpor mijenja s temperaturom. Termistori su, međutim, izrađeni od poluvodičkih materijala. Otpor se određuje na isti način kao i RTD, ali termistori pokazuju izrazito nelinearnu krivulju otpora u odnosu na temperaturu. Dakle, u radnom području termistora možemo vidjeti veliku promjenu otpora za vrlo malu promjenu temperature. To čini vrlo osjetljiv uređaj, idealan za postavljene točke.

• Poluvodič senzori : Razvrstani su u različite tipove kao što su naponski izlaz, strujni izlaz, digitalni izlaz, otporni silicij i senzori temperature diode. Suvremeni poluvodički temperaturni senzori nude visoku točnost i veliku linearnost u radnom rasponu od oko 55 ° C do + 150 ° C. Unutarnja pojačala mogu skalirati izlaz na prikladne vrijednosti, poput 10mV / ° C. Oni su također korisni u krugovima za kompenzaciju hladnog spoja za termoparove širokog temperaturnog područja. Kratki detalji o ovoj vrsti temperaturnog senzora dati su u nastavku.

IC senzori

Dostupna je široka paleta IC senzora temperature koji pojednostavljuju najširi mogući raspon izazova praćenja temperature. Ti se silicijski temperaturni senzori značajno razlikuju od gore spomenutih tipova na nekoliko važnih načina. Prvo je područje radne temperature. IC senzora temperature može raditi u nominalnom rasponu IC temperature od -55 ° C do + 150 ° C. Druga glavna razlika je funkcionalnost.

Silicijski temperaturni senzor integrirani je krug i stoga može sadržavati opsežne krugove za obradu signala u istom paketu kao i senzor. Nema potrebe za dodavanjem kompenzacijskih krugova za ICS osjetnika temperature. Neki od njih su analogni krugovi s naponom ili strujom. Drugi kombiniraju analogno osjetljive krugove s usporednicima napona kako bi osigurali funkcije upozorenja. Neki drugi IC senzori kombiniraju analogno osjetljive sklopove s digitalnim ulazom / izlazom i kontrolni registri , što ih čini idealnim rješenjem za sustave temeljene na mikroprocesorima.

Digitalni izlazni senzor obično sadrži temperaturni senzor, analogno-digitalni pretvarač (ADC), dvožično digitalno sučelje i registre za kontrolu rada IC-a. Temperatura se kontinuirano mjeri i može se očitati u bilo kojem trenutku. Po želji, glavni procesor može narediti senzoru da nadgleda temperaturu i uzima izlazni pin visoko (ili nisko) ako temperatura prelazi programirano ograničenje. Također se može programirati temperatura nižeg praga i domaćin može biti obaviješten kad temperatura padne ispod ovog praga. Dakle, digitalni izlazni senzor može se koristiti za pouzdano praćenje temperature u sustavima temeljenim na mikroprocesorima.

Senzor temperature

Gornji temperaturni osjetnik ima tri terminala i potrebno je napajanje od maksimalno 5,5 V. Ova vrsta senzora sastoji se od materijala koji djeluje u skladu s temperaturom kako bi varirao otpor. Ovu promjenu otpora krug osjeti i izračunava temperaturu. Kada se napon poveća, tada raste i temperatura. Ovu operaciju možemo vidjeti pomoću diode.

Senzori temperature izravno povezani s ulazom mikroprocesora i tako sposobni za izravnu i pouzdanu komunikaciju s mikroprocesorima. Senzorska jedinica može učinkovito komunicirati s jeftinim procesorima bez potrebe za A / D pretvaračima.

Primjer temperaturnog senzora je LM35 . Serija LM35 precizni su temperaturni senzori s integriranim krugom, čiji je izlazni napon linearno proporcionalan Celzijevoj temperaturi. LM35 radi na -55˚ do + 120˚C.

Osnovni temperaturni senzor za Celzijus (+ 2˚C do + 150˚C) prikazan je na donjoj slici.

Značajke temperaturnog osjetnika LM35:

• Kalibrirano izravno u ˚ Celzijusa (Celzijusa)
• Ocijenjeno za puni raspon l -55˚ do + 150˚C
• Pogodno za udaljene aplikacije
• Niska cijena zbog obrezivanja na razini pločica
• Radi od 4 do 30 volti
• Nisko samozagrijavanje,
• ± 1 / 4˚C tipične nelinearnosti

Rad LM35:

• LM35 se može lako povezati na isti način kao i ostali temperaturni senzori s integriranim krugom. Može se zalijepiti ili postaviti na površinu, a temperatura će mu biti u rasponu od 0,01 ° C površinske temperature.
• To pretpostavlja da je temperatura okolišnog zraka približno jednaka površinskoj ako bi temperatura zraka bila mnogo viša ili niža od površinske, stvarna temperatura matrice LM35 bila bi na srednjoj temperaturi između površinske temperature i zraka temperatura.

Senzori temperature imaju dobro poznatu primjenu u kontroli okoliša i procesa, kao i u ispitivanju, mjerenju i komunikaciji. Digitalna temperatura je senzor koji pruža 9-bitna očitanja temperature. Digitalni temperaturni senzori nude izvrsnu preciznu točnost, dizajnirani su za očitavanje od 0 ° C do 70 ° C, a moguće je postići točnost ± 0,5 ° C. Ovi su senzori u potpunosti usklađeni s digitalnim očitanjem temperature u Celzijevim stupnjevima.

• Digitalni temperaturni senzori: Digitalni temperaturni senzori eliminiraju potrebu za dodatnim komponentama, poput A / D pretvarača, unutar aplikacije i nema potrebe za kalibracijom komponenata ili sustava na određenim referentnim temperaturama po potrebi prilikom upotrebe termistora. Digitalni temperaturni senzori bave se svime, omogućujući jednostavnu osnovnu funkciju nadzora temperature sustava.

Prednosti digitalnog temperaturnog senzora su glavne s njegovom preciznošću u stupnjevima Celzija. Izlaz senzora uravnoteženo je digitalno očitanje. To ne namjerava imati druge komponente, poput analogno-digitalnog pretvarača i mnogo je jednostavnije za upotrebu od jednostavnog termistora koji pruža nelinearni otpor s promjenom temperature.

Primjer digitalnog temperaturnog senzora je DS1621, koji pruža 9-bitno očitanje temperature.

Značajke DS1621:

1. Nisu potrebne vanjske komponente.
2. Mjeri se temperaturno područje od -55 -C do + 125⁰C u intervalima od 0,5⁰.
3. Daje temperaturnu vrijednost kao 9-bitno očitanje.
4. Širok raspon napajanja (2,7 V do 5,5 V).
5. Pretvara temperaturu u digitalnu riječ za manje od jedne sekunde.
6. Termostatske postavke mogu se definirati od korisnika i ne moraju se mijenjati.
7. To je 8-pinski DIP.

Opis pribadače:

• SDA - dvožični serijski ulaz / izlaz.
• SCL - dvožični serijski sat.
• GND - Prizemlje.
• IZDAV - Izlazni signal termostata.
• A0 - Unos adrese čipa.
• A1 - Unos adrese čipa.
• A2 - Unos adrese čipa.
• VDD - Napon napajanja.

Rad DS1621:

• Kada temperatura uređaja pređe korisnički definiranu temperaturu VISOKA, tada je izlazni IZLAZ aktivan. Izlaz će ostati aktivan sve dok temperatura ne padne ispod korisnički definirane temperature NISKO.
• Korisnički definirane postavke temperature spremaju se u trajnu memoriju, tako da se mogu programirati prije umetanja u sustav.
• Očitavanje temperature pruža se u 9-bitnom, dvostrukom očitavanju komplementa izdavanjem naredbe READ TEMPERATURE u programiranju.
• Dvožično serijsko sučelje koristi se za ulaz u DS16121 za podešavanje temperature i izlaz očitanja temperature s DS1621

Foto:

• Osjetnik temperature od wikimedia