Температурни сензори - видове, работа и експлоатация

Температурата е най-често измерваната величина на околната среда. Това може да се очаква, тъй като повечето физически, електронни, химични, механични и биологични системи са засегнати от температурата. Някои химически реакции, биологични процеси и дори електронни вериги се представят най-добре в ограничени температурни диапазони. Температурата е една от най-често измерваните променливи и следователно не е изненадващо, че има много начини за нейното усещане. Отчитане на температурата може да се осъществи или чрез директен контакт с източника на отопление, или дистанционно, без директен контакт с източника, използвайки вместо това излъчена енергия. Днес на пазара има голямо разнообразие от температурни сензори, включително термодвойки, съпротивляващи температурни детектори (RTD), термистори, инфрачервени и полупроводникови сензори.

5 вида температурни сензори

• Термодвойка : Това е тип температурен сензор, който се прави чрез свързване на два различни метала в единия край. Съединеният край се нарича HOT HOT JUNCTION. Другият край на тези разнородни метали се нарича СТУДЕН КРАЙ или СТУДЕН ПРЕХВЪРЛЯНЕ. Студената връзка се образува в последната точка на материала на термодвойката. Ако има разлика в температурата между горещия и студения кръг, се създава малко напрежение. Това напрежение се нарича EMF (електромоторна сила) и може да бъде измерено и от своя страна да се използва за индикация на температурата.

Термодвойка

• RTD е устройство за измерване на температурата, чието съпротивление се променя с температурата. Обикновено са изработени от платина, въпреки че устройствата, изработени от никел или мед, не са необичайни, RTD могат да приемат много различни форми като намотана тел, тънък филм. За да измерите съпротивлението в RTD, приложете постоянен ток, измерете полученото напрежение и определете RTD съпротивлението. RTD показват доста линейни устойчивост на температурни криви за техните оперативни региони и всяка нелинейност е силно предвидима и повторяема. Таблото за оценка на PT100 RTD използва RTD за повърхностно монтиране за измерване на температурата. Външен 2, 3 или 4-жичен PT100 също може да бъде свързан с измерване на температурата в отдалечени райони. RTD са предубедени, като се използва постоянен източник на ток. За да се намали самонагряването поради разсейване на мощността, сегашната величина е умерено ниска. Схемата, показана на фигурата, е източник на постоянен ток, използващ еталонно напрежение, един усилвател и PNP транзистор.

• Термистори : Подобно на RTD, термисторът е сензор за температура, чието съпротивление се променя с температурата. Термисторите обаче са направени от полупроводникови материали. Съпротивлението се определя по същия начин като RTD, но термисторите показват силно нелинейна крива на съпротивление спрямо температура. По този начин, в работния диапазон на термисторите, можем да видим голяма промяна на съпротивлението за много малка промяна на температурата. Това прави високочувствително устройство, идеално за зададени точки.

• Полупроводник сензори : Те са класифицирани в различни видове като изходно напрежение, токов изход, цифров изход, изходно съпротивление силиций и диодни температурни сензори. Съвременните полупроводникови температурни сензори предлагат висока точност и висока линейност в работен диапазон от около 55 ° C до + 150 ° C. Вътрешните усилватели могат да мащабират изхода до удобни стойности, като 10mV / ° C. Те са полезни и в схемите за компенсация на студено съединение за термодвойки с широк температурен диапазон. Кратки подробности за този тип температурни сензори са дадени по-долу.

ИС на сензори

Налице е голямо разнообразие от интегрални схеми за температурни сензори, които опростяват възможно най-широкия диапазон от предизвикателства за наблюдение на температурата. Тези силициеви температурни сензори се различават значително от гореспоменатите видове по няколко важни начина. Първият е диапазонът на работната температура. IC температурен сензор може да работи в номиналния температурен диапазон на IC от -55 ° C до + 150 ° C. Втората основна разлика е функционалността.

Силициевият температурен сензор е интегрална схема и следователно може да включва обширна схема за обработка на сигнала в същия пакет като сензора. Не е необходимо да се добавят компенсационни вериги за температурен сензор ICS. Някои от тях са аналогови схеми с напрежение или ток. Други комбинират аналогови сензорни схеми с компаратори на напрежение, за да осигурят алармени функции. Някои други интегрални схеми на сензора комбинират аналогово-сензорни схеми с цифров вход / изход и контролни регистри , което ги прави идеално решение за микропроцесорни системи.

Цифровият изходен сензор обикновено съдържа сензор за температура, аналогово-цифров преобразувател (ADC), двупроводен цифров интерфейс и регистри за управление на работата на интегралната схема. Температурата се измерва непрекъснато и може да се отчита по всяко време. Ако желаете, хост процесорът може да инструктира сензора да наблюдава температурата и да вземе изходен щифт висок (или нисък), ако температурата надвишава програмирана граница. Долната прагова температура също може да бъде програмирана и хостът може да бъде уведомен, когато температурата спадне под този праг. По този начин цифровият изходен сензор може да се използва за надеждно наблюдение на температурата в микропроцесорни системи.

Температурен сензор

Горният температурен сензор има три клеми и изисква максимум 5,5 V захранване. Този тип сензор се състои от материал, който работи в зависимост от температурата, за да варира съпротивлението. Тази промяна на съпротивлението се усеща от веригата и тя изчислява температурата. Когато напрежението се увеличи, тогава температурата също се повишава. Можем да видим тази операция с помощта на диод.

Температурни сензори, директно свързани към микропроцесорния вход и по този начин способни на директна и надеждна комуникация с микропроцесори. Сензорният блок може да комуникира ефективно с евтини процесори, без да са необходими A / D преобразуватели.

Пример за температурен сензор е LM35 . Серията LM35 са прецизни температурни сензори с интегрална схема, чието изходно напрежение е линейно пропорционално на температурата на Целзий. LM35 работи при -55˚ до + 120˚C.

Основният температурен сензор по Целзий (+ 2˚C до + 150˚C) е показан на фигурата по-долу.

Характеристики на температурния сензор LM35:

• Калибриран директно в ˚ Целзий (по Целзий)
• Предназначен за пълен l -55˚ до + 150˚C диапазон
• Подходящ за отдалечени приложения
• Ниска цена поради подрязване на нива на вафли
• Работи от 4 до 30 волта
• Ниско самозагряване,
• ± 1 / 4˚C от типична нелинейност

Работа на LM35:

• LM35 може да бъде свързан лесно по същия начин като другите температурни сензори с интегрална схема. Той може да се залепи или да се прикрепи към повърхността и температурата му ще бъде в рамките на около 0,01˚C от повърхностната температура.
• Това предполага, че температурата на околния въздух е почти същата като температурата на повърхността, ако температурата на въздуха е много по-висока или по-ниска от температурата на повърхността, действителната температура на матрицата LM35 ще бъде при междинна температура между повърхностната температура и въздуха температура.

Температурните сензори имат добре познати приложения в управлението на околната среда и процесите, както и в теста, измерването и комуникацията. Цифровата температура е сензор, който осигурява 9-битови температурни показания. Цифровите температурни сензори предлагат отлична точна точност, те са проектирани да отчитат от 0 ° C до 70 ° C и е възможно да се постигне точност ± 0,5 ° C. Тези сензори са напълно подравнени с цифрови показания на температурата в градуси по Целзий.

• Цифрови температурни сензори: Цифровите температурни сензори елиминират необходимостта от допълнителни компоненти, като A / D преобразувател, в рамките на приложението и няма нужда да калибрирате компоненти или системата при специфични референтни температури, както е необходимо, когато се използват термистори. Цифровите температурни сензори се справят с всичко, като улесняват опростяването на основната система за контрол на температурата.

Предимствата на цифровия температурен сензор са основни с прецизната му мощност в градуси по Целзий. Изходът на сензора е балансирано цифрово отчитане. Това не предвижда други компоненти, като аналогово-цифров преобразувател и много по-лесен за използване, отколкото обикновен термистор, който осигурява нелинейно съпротивление с температурни вариации.

Пример за цифров сензор за температура е DS1621, който осигурява 9-битово отчитане на температурата.

Характеристики DS1621:

1. Не се изискват външни компоненти.
2. Измерва се температурният диапазон от -55⁰C до + 125⁰C на интервали от 0,5⁰.
3. Дава стойност на температурата като 9-битово отчитане.
4. Широк обхват на захранването (2.7V до 5.5V).
5. Преобразува температурата в цифрова дума за по-малко от една секунда.
6. Термостатичните настройки могат да се определят от потребителя и да са енергонезависими.
7. Това е 8-пинов DIP.

Описание на щифта:

• SDA - 2-жичен сериен вход / изход.
• SCL - 2-жичен сериен часовник.
• GND - Земя.
• TOUT - Изходен сигнал на термостата.
• A0 - Въвеждане на адрес на чип.
• A1 - Въвеждане на адрес на чип.
• A2 - Въвеждане на адрес на чип.
• VDD - Захранващо напрежение.

Работа на DS1621:

• Когато температурата на устройството надвиши дефинирана от потребителя температура HIGH, тогава изходният TOUT е активен. Изходът ще остане активен, докато температурата падне под зададената от потребителя температура НИСКА.
• Дефинираните от потребителя температурни настройки се запазват в енергонезависима памет, така че може да бъдат програмирани преди вмъкване в система.
• Отчитането на температурата се осигурява в 9-битово, отчитане на две комплемента, чрез издаване на командата READ TEMPERATURE в програмирането.
• Двужилен сериен интерфейс се използва за вход към DS16121 за температурни настройки и изход за отчитане на температурата от DS1621

Снимка:

• Температурен сензор от wikimedia