Czujniki temperatury - rodzaje, działanie i działanie

Temperatura jest najczęściej mierzoną wielkością środowiskową. Można się tego spodziewać, ponieważ temperatura ma wpływ na większość systemów fizycznych, elektronicznych, chemicznych, mechanicznych i biologicznych. Pewne reakcje chemiczne, procesy biologiczne, a nawet obwody elektroniczne działają najlepiej w ograniczonych zakresach temperatur. Temperatura jest jedną z najczęściej mierzonych zmiennych i dlatego nie jest zaskakujące, że istnieje wiele sposobów jej wykrywania. Wykrywanie temperatury można to zrobić poprzez bezpośredni kontakt ze źródłem ciepła lub zdalnie, bez bezpośredniego kontaktu ze źródłem wykorzystującym zamiast tego energię promieniowaną. Obecnie na rynku dostępnych jest wiele różnych czujników temperatury, w tym termopary, rezystancyjne czujniki temperatury (RTD), termistory, czujniki podczerwieni i czujniki półprzewodnikowe.

5 rodzajów czujników temperatury

• Termoelement : Jest to rodzaj czujnika temperatury, który jest tworzony przez połączenie dwóch różnych metali na jednym końcu. Połączony koniec nazywany jest gorącym połączeniem. Drugi koniec tych odmiennych metali jest nazywany ZIMNYM KOŃCEM lub ZIMNYM ZŁĄCZEM. Zimne złącze jest utworzone w ostatnim punkcie materiału termopary. Jeśli występuje różnica temperatur między złączem gorącym i zimnym, powstaje małe napięcie. Napięcie to nazywane jest polem elektromagnetycznym (siła elektromotoryczna) i może być mierzone, a następnie wykorzystywane do wskazywania temperatury.

Termoelement

• RTD to urządzenie do pomiaru temperatury, którego rezystancja zmienia się wraz z temperaturą. Zazwyczaj zbudowane z platyny, chociaż urządzenia wykonane z niklu lub miedzi nie są rzadkością, czujniki RTD mogą przybierać wiele różnych kształtów, takich jak cienki film nawinięty drutem. Aby zmierzyć rezystancję na RTD, należy przyłożyć stały prąd, zmierzyć wynikowe napięcie i określić rezystancję RTD. RTD są dość liniowe odporność na krzywe temperaturowe w ich obszarach operacyjnych, a każda nieliniowość jest wysoce przewidywalna i powtarzalna. Płytka ewaluacyjna PT100 RTD wykorzystuje do pomiaru temperatury czujnik RTD do montażu powierzchniowego. Zewnętrzny 2, 3 lub 4-przewodowy czujnik PT100 może być również powiązany z pomiarem temperatury w odległych obszarach. RTD są spolaryzowane przy użyciu stałego źródła prądu. Aby zmniejszyć nagrzewanie własne z powodu rozpraszania mocy, natężenie prądu jest umiarkowanie niskie. Obwód pokazany na rysunku to źródło prądu stałego wykorzystujące napięcie odniesienia, jeden wzmacniacz i tranzystor PNP.

• Termistory : Podobnie jak RTD, termistor jest czujnikiem temperatury, którego rezystancja zmienia się wraz z temperaturą. Jednak termistory są wykonane z materiałów półprzewodnikowych. Opór jest określany w taki sam sposób jak RTD, ale termistory wykazują wysoce nieliniową krzywą rezystancji w funkcji temperatury. Zatem w zakresie pracy termistorów widzimy dużą zmianę rezystancji przy bardzo małej zmianie temperatury. To sprawia, że ​​jest to bardzo czułe urządzenie, idealne do zastosowań z nastawami.

• Półprzewodnik czujniki : Są podzielone na różne typy, takie jak wyjście napięciowe, wyjście prądowe, wyjście cyfrowe, krzemowe wyjście rezystancyjne i czujniki temperatury diod. Nowoczesne półprzewodnikowe czujniki temperatury zapewniają wysoką dokładność i wysoką liniowość w zakresie roboczym od około 55 ° C do + 150 ° C. Wzmacniacze wewnętrzne mogą skalować moc wyjściową do dogodnych wartości, takich jak 10 mV / ° C. Są również przydatne w obwodach kompensacji spoin zimnych dla termopar o szerokim zakresie temperatur. Krótkie informacje na temat tego typu czujnika temperatury podano poniżej.

Układy scalone czujników

Dostępnych jest wiele różnych układów scalonych czujników temperatury, które upraszczają najszerszy możliwy zakres wyzwań związanych z monitorowaniem temperatury. Te krzemowe czujniki temperatury różnią się znacznie od wyżej wymienionych typów pod kilkoma ważnymi względami. Pierwsza to zakres temperatur roboczych. Czujnik temperatury IC może pracować w nominalnym zakresie temperatur IC od -55 ° C do + 150 ° C. Drugą istotną różnicą jest funkcjonalność.

Krzemowy czujnik temperatury jest układem scalonym i dlatego może zawierać rozbudowane obwody przetwarzania sygnału w tym samym pakiecie co czujnik. Nie ma potrzeby dodawania obwodów kompensacyjnych dla czujnika temperatury ICS. Niektóre z nich to obwody analogowe z wyjściem napięciowym lub prądowym. Inne łączą obwody czujników analogowych z komparatorami napięcia, aby zapewnić funkcje ostrzegawcze. Niektóre inne układy scalone czujników łączą obwody analogowe z cyfrowymi wejściami / wyjściami i rejestry kontrolne , co czyni je idealnym rozwiązaniem dla systemów opartych na mikroprocesorach.

Cyfrowy czujnik wyjściowy zwykle zawiera czujnik temperatury, przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC), dwuprzewodowy interfejs cyfrowy i rejestry do sterowania działaniem układu scalonego. Temperatura jest mierzona w sposób ciągły i można ją odczytać w dowolnym momencie. W razie potrzeby procesor główny może poinstruować czujnik, aby monitorował temperaturę i pobierał sygnał wyjściowy za wysoki (lub niski), jeśli temperatura przekroczy zaprogramowany limit. Można również zaprogramować niższą temperaturę progową, a host może zostać powiadomiony, gdy temperatura spadnie poniżej tego progu. Dzięki temu cyfrowy czujnik wyjściowy może być używany do niezawodnego monitorowania temperatury w systemach opartych na mikroprocesorach.

Czujnik temperatury

Powyższy czujnik temperatury ma trzy zaciski i wymagane Maksymalne zasilanie 5,5 V. Ten typ czujnika składa się z materiału, który działa w zależności od temperatury, zmieniając rezystancję. Ta zmiana rezystancji jest wyczuwana przez obwód i oblicza temperaturę. Wraz ze wzrostem napięcia wzrasta również temperatura. Operację tę możemy zobaczyć za pomocą diody.

Czujniki temperatury podłączone bezpośrednio do wejścia mikroprocesora, dzięki czemu mogą bezpośrednio i niezawodnie komunikować się z mikroprocesorami. Jednostka czujnika może skutecznie komunikować się z niedrogimi procesorami bez potrzeby stosowania przetworników A / D.

Przykładem czujnika temperatury jest LM35 . Seria LM35 to precyzyjne zintegrowane czujniki temperatury, których napięcie wyjściowe jest liniowo proporcjonalne do temperatury Celsjusza. LM35 działa w temperaturze od -55˚ do + 120˚C.

Podstawowy czujnik temperatury w stopniach Celsjusza (od + 2˚C do + 150˚C) pokazano na poniższym rysunku.

Cechy czujnika temperatury LM35:

• Kalibracja bezpośrednio w ˚ Celsjusza (Celsjusza)
• Przystosowany do pełnego zakresu od -55˚ do + 150˚C
• Nadaje się do zastosowań zdalnych
• Niski koszt dzięki przycinaniu na poziomie wafli
• Działa od 4 do 30 woltów
• Niskie samonagrzewanie,
• ± 1 / 4˚C typowej nieliniowości

Działanie LM35:

• LM35 można łatwo podłączyć w taki sam sposób, jak inne zintegrowane czujniki temperatury. Można go przykleić lub utwierdzić na powierzchni, a jego temperatura będzie mieścić się w zakresie 0,01˚C temperatury powierzchni.
• Zakłada się, że temperatura powietrza otoczenia jest prawie taka sama jak temperatura powierzchni, gdyby temperatura powietrza była znacznie wyższa lub niższa niż temperatura powierzchni, rzeczywista temperatura matrycy LM35 byłaby w temperaturze pośredniej między temperaturą powierzchni a powietrzem temperatura.

Czujniki temperatury mają dobrze znane zastosowania w kontroli środowiska i procesów, a także w testach, pomiarach i komunikacji. Cyfrowy czujnik temperatury to czujnik, który zapewnia 9-bitowe odczyty temperatury. Cyfrowe czujniki temperatury oferują doskonałą dokładność, są przeznaczone do odczytu od 0 ° C do 70 ° C i można osiągnąć dokładność ± 0,5 ° C. Te czujniki są całkowicie dostosowane do cyfrowych odczytów temperatury w stopniach Celsjusza.

• Cyfrowe czujniki temperatury: Cyfrowe czujniki temperatury eliminują konieczność stosowania dodatkowych komponentów, takich jak przetwornik A / D, w aplikacji i nie ma potrzeby kalibracji komponentów lub systemu w określonych temperaturach odniesienia, jak jest to potrzebne przy stosowaniu termistorów. Cyfrowe czujniki temperatury zajmują się wszystkim, umożliwiając uproszczenie podstawowej funkcji monitorowania temperatury systemu.

Zalety cyfrowego czujnika temperatury polegają na jego dokładności w stopniach Celsjusza. Wyjście czujnika to zbalansowany odczyt cyfrowy. Nie chodzi o żadne inne komponenty, takie jak przetwornik analogowo-cyfrowy i znacznie prostszy w użyciu niż prosty termistor, który zapewnia nieliniową rezystancję przy zmianach temperatury.

Przykładem cyfrowego czujnika temperatury jest DS1621, który zapewnia 9-bitowy odczyt temperatury.

Cechy DS1621:

1. Nie są wymagane żadne zewnętrzne komponenty.
2. Mierzony jest zakres temperatur od -55⁰C do + 125⁰C w odstępach co 0,5⁰.
3. Podaje wartość temperatury jako odczyt 9-bitowy.
4. Szeroki zakres zasilania (od 2,7 V do 5,5 V).
5. Konwertuje temperaturę na słowo cyfrowe w mniej niż jedną sekundę.
6. Ustawienia termostatyczne są definiowane przez użytkownika i nieulotne.
7. Jest to 8-pinowy DIP.

Opis pinów:

• SDA - 2-przewodowe szeregowe wejście / wyjście danych.
• SCL - 2-przewodowy zegar szeregowy.
• GND - ziemia.
• TOUT - Sygnał wyjściowy termostatu.
• A0 - wejście adresu chipa.
• A1 - Wprowadzanie adresu chipa.
• A2 - Wprowadzanie adresu chipa.
• VDD - napięcie zasilania.

Działanie DS1621:

• Gdy temperatura urządzenia przekroczy zdefiniowaną przez użytkownika temperaturę WYSOKA, wówczas wyjście TOUT jest aktywne. Wyjście pozostanie aktywne, dopóki temperatura nie spadnie poniżej zdefiniowanej przez użytkownika temperatury LOW.
• Ustawienia temperatury zdefiniowane przez użytkownika są zapisywane w pamięci nieulotnej, dzięki czemu można je zaprogramować przed włożeniem do systemu.
• Odczyt temperatury jest dostarczany jako 9-bitowy odczyt uzupełniający do dwóch przez wydanie polecenia ODCZYTAJ TEMPERATURĘ w programie.
• 2-przewodowy interfejs szeregowy służy do wprowadzania do DS16121 do ustawiania temperatury i wyprowadzania odczytu temperatury z DS1621

Kredyt zdjęciowy:

• Czujnik temperatury wg wikimedia