Senzori de temperatură - Tipuri, lucru și funcționare

Temperatura este cantitatea de mediu cea mai des măsurată. Acest lucru ar putea fi de așteptat, deoarece majoritatea sistemelor fizice, electronice, chimice, mecanice și biologice sunt afectate de temperatură. Anumite reacții chimice, procese biologice și chiar circuite electronice funcționează cel mai bine în limite limitate de temperatură. Temperatura este una dintre variabilele cele mai frecvent măsurate și, prin urmare, nu este surprinzător faptul că există multe modalități de a o simți. Detectarea temperaturii se poate face fie prin contact direct cu sursa de încălzire, fie de la distanță, fără contact direct cu sursa folosind în schimb energie radiată. Există o mare varietate de senzori de temperatură pe piață astăzi, inclusiv termocupluri, detectoare de temperatură de rezistență (RTD), termistori, senzori cu infraroșu și semiconductori.

5 tipuri de senzori de temperatură

• Termocuplu : Este un tip de senzor de temperatură, care se realizează prin unirea a două metale diferite la un capăt. Capătul îmbinat este denumit HOT JUNCTION. Celălalt capăt al acestor metale diferite este denumit COLD END sau COLD JUNCTION. Joncțiunea rece se formează în ultimul punct al materialului termocuplului. Dacă există o diferență de temperatură între joncțiunea fierbinte și joncțiunea rece, se creează o tensiune mică. Această tensiune este denumită EMF (forța electro-motrice) și poate fi măsurată și, la rândul ei, utilizată pentru a indica temperatura.

Termocuplu

• RTD este un dispozitiv de detectare a temperaturii a cărui rezistență se modifică odată cu temperatura. De obicei construite din platină, deși dispozitivele fabricate din nichel sau cupru nu sunt neobișnuite, RTD-urile pot lua multe forme diferite, cum ar fi bobina de sârmă, pelicula subțire. Pentru a măsura rezistența pe un RTD, aplicați un curent constant, măsurați tensiunea rezultată și determinați rezistența RTD. RTD-urile prezintă destul de liniare rezistența la curbele de temperatură peste regiunile lor de operare și orice neliniaritate este foarte previzibilă și repetabilă. Placa de evaluare PT100 RTD utilizează RTD de montare pe suprafață pentru a măsura temperatura. Un PT100 extern cu 2, 3 sau 4 fire poate fi asociat și cu măsurarea temperaturii în zone îndepărtate. RTD-urile sunt polarizate folosind o sursă de curent constantă. Pentru a reduce auto-căldura datorită disipării puterii, magnitudinea actuală este moderat scăzută. Circuitul prezentat în figură este sursa de curent constant utilizând o tensiune de referință, un amplificator și un tranzistor PNP.

• Termistori : Similar cu RTD, termistorul este un dispozitiv de detectare a temperaturii a cărui rezistență se modifică odată cu temperatura. Cu toate acestea, termistoarele sunt realizate din materiale semiconductoare. Rezistența este determinată în același mod ca RTD, dar termistorii prezintă o rezistență foarte neliniară față de curba temperaturii. Astfel, în domeniul de funcționare al termistorilor, putem vedea o schimbare mare a rezistenței pentru o schimbare de temperatură foarte mică. Acest lucru face ca un dispozitiv să fie extrem de sensibil, ideal pentru aplicații set-point.

• Semiconductor senzori : Sunt clasificate în diferite tipuri, cum ar fi ieșire de tensiune, ieșire de curent, ieșire digitală, siliciu de ieșire de rezistență și senzori de temperatură a diodei. Senzorii moderni de temperatură cu semiconductori oferă o precizie ridicată și o liniaritate ridicată pe o gamă de funcționare de la aproximativ 55 ° C la + 150 ° C. Amplificatoarele interne pot scala ieșirea la valori convenabile, cum ar fi 10mV / ° C. Ele sunt, de asemenea, utile în circuitele de compensare a joncțiunilor reci pentru termocupluri cu o gamă largă de temperaturi. Mai jos sunt prezentate scurte detalii despre acest tip de senzor de temperatură.

Circuite integrate senzor

Există o mare varietate de circuite integrate cu senzori de temperatură care sunt disponibile pentru a simplifica cea mai largă gamă posibilă de provocări de monitorizare a temperaturii. Acești senzori de temperatură cu siliciu diferă semnificativ de tipurile menționate mai sus în câteva moduri importante. Primul este intervalul de temperatură de funcționare. Un senzor de temperatură IC poate funcționa în intervalul nominal de temperatură IC de la -55 ° C la + 150 ° C. A doua diferență majoră este funcționalitatea.

Un senzor de temperatură cu siliciu este un circuit integrat și, prin urmare, poate include circuite extinse de procesare a semnalului în același pachet cu senzorul. Nu este nevoie să adăugați circuite de compensare pentru senzorul de temperatură ICS. Unele dintre acestea sunt circuite analogice cu ieșire de tensiune sau curent. Alții combină circuite de detectare analogică cu comparatoare de tensiune pentru a oferi funcții de alertă. Unele alte circuite integrate cu senzori combină circuitele de detectare analogică cu intrarea / ieșirea digitală și registre de control , făcându-le o soluție ideală pentru sistemele bazate pe microprocesor.

Senzorul de ieșire digitală conține de obicei un senzor de temperatură, convertor analog-digital (ADC), o interfață digitală cu două fire și registre pentru controlul funcționării IC-ului. Temperatura este măsurată continuu și poate fi citită în orice moment. Dacă se dorește, procesorul gazdă poate instrui senzorul să monitorizeze temperatura și să ia un pin de ieșire ridicat (sau scăzut) dacă temperatura depășește o limită programată. Temperatura pragului mai scăzut poate fi, de asemenea, programată și gazda poate fi notificată atunci când temperatura a scăzut sub acest prag. Astfel, senzorul de ieșire digitală poate fi utilizat pentru monitorizarea fiabilă a temperaturii în sistemele bazate pe microprocesor.

Senzor de temperatura

Senzorul de temperatură de mai sus are trei terminale și necesită o alimentare maximă de 5,5 V. Acest tip de senzor constă dintr-un material care funcționează în funcție de temperatură pentru a varia rezistența. Această schimbare de rezistență este sesizată de circuit și calculează temperatura. Când tensiunea crește, temperatura crește și ea. Putem vedea această operație folosind o diodă.

Senzori de temperatură conectați direct la intrarea microprocesorului și astfel capabili de comunicații directe și fiabile cu microprocesoarele. Unitatea senzorului poate comunica eficient cu procesoare cu costuri reduse fără a fi nevoie de convertoare A / D.

Un exemplu de senzor de temperatură este LM35 . Seriile LM35 sunt senzori de temperatură cu circuit integrat de precizie, a căror tensiune de ieșire este liniar proporțională cu temperatura Celsius. LM35 funcționează între -55˚ și + 120˚C.

Senzorul de temperatură de bază centigradă (+ 2˚C la + 150˚C) este prezentat în figura de mai jos.

Caracteristici ale senzorului de temperatură LM35:

• Calibrat direct în ˚ Celsius (centigradi)
• Evaluat pentru o gamă completă de l -55˚ la + 150˚C
• Potrivit pentru aplicații la distanță
• Cost redus datorită tunderii la nivel de napolitane
• Funcționează de la 4 la 30 de volți
• Autoîncălzire scăzută,
• ± 1 / 4˚C de neliniaritate tipică

Funcționarea LM35:

• LM35 poate fi conectat cu ușurință în același mod ca și alți senzori de temperatură cu circuit integrat. Poate fi lipit sau stabilit pe o suprafață și temperatura acesteia se va situa în jurul valorii de 0,01˚C din temperatura suprafeței.
• Aceasta presupune că temperatura aerului ambiant este aproape aceeași cu temperatura suprafeței dacă temperatura aerului ar fi mult mai mare sau mai mică decât temperatura suprafeței, temperatura reală a matriței LM35 ar fi la o temperatură intermediară între temperatura suprafeței și aerul temperatura.

Senzorii de temperatură au aplicații bine cunoscute în controlul mediului și al proceselor, precum și în testare, măsurare și comunicații. O temperatură digitală este un senzor, care oferă citiri de temperatură pe 9 biți. Senzorii digitali de temperatură oferă o precizie excelentă excelentă, aceștia sunt proiectați pentru a citi de la 0 ° C la 70 ° C și este posibil să se obțină o precizie de ± 0,5 ° C. Acești senzori sunt complet aliniați cu citirile digitale ale temperaturii în grade Celsius.

• Senzori digitali de temperatură: Senzorii digitali de temperatură elimină necesitatea unor componente suplimentare, cum ar fi un convertor A / D, în cadrul aplicației și nu este necesară calibrarea componentelor sau a sistemului la temperaturi de referință specifice, după cum este necesar atunci când se utilizează termistori. Senzorii de temperatură digitale se ocupă de toate, permițând simplificarea funcției de bază de monitorizare a temperaturii sistemului.

Avantajele unui senzor digital de temperatură sunt principale, cu o ieșire precisă în grade Celsius. Ieșirea senzorului este o citire digitală echilibrată. Aceasta nu intenționează alte componente, cum ar fi un convertor analogic digital și mult mai simplu de utilizat decât un termistor simplu care oferă o rezistență neliniară cu variație de temperatură.

Un exemplu de senzor digital de temperatură este DS1621, care oferă o citire a temperaturii pe 9 biți.

Caracteristici DS1621:

1. Nu sunt necesare componente externe.
2. Se măsoară intervalul de temperatură de la -55⁰C la + 125⁰C la intervale de 0,5⁰.
3. Oferă valoarea temperaturii ca o citire pe 9 biți.
4. Gama largă de alimentare (2,7V până la 5,5V).
5. Convertește temperatura în cuvânt digital în mai puțin de o secundă.
6. Setările termostatice sunt definite de utilizator și non-volatile.
7. Este un DIP cu 8 pini.

Descrierea pinului:

• SDA - Intrare / ieșire date seriale cu 2 fire.
• SCL - Ceas serial cu 2 fire.
• GND - sol.
• TOUT - Semnal de ieșire termostat.
• A0 - Intrare adresă cip.
• A1 - Intrare adresă cip.
• A2 - Intrare adresă cip.
• VDD - Tensiunea sursei de alimentare.

Funcționarea DS1621:

• Atunci când temperatura dispozitivului depășește o temperatură definită de utilizator HIGH, ieșirea TOUT este activă. Ieșirea va rămâne activă până când temperatura scade sub temperatura definită de utilizator LOW.
• Setările de temperatură definite de utilizator sunt salvate în memoria non-volatilă, deci pot fi programate înainte de a fi inserate într-un sistem.
• Citirea temperaturii este furnizată într-o citire complementară de 9 biți, prin emiterea comenzii READ TEMPERATURE în programare.
• O interfață serială cu 2 fire este utilizată pentru intrarea în DS16121 pentru setările de temperatură și ieșirea citirii temperaturii de pe DS1621

Credit foto:

• Senzor de temperatură de wikimedia