Temperatūras sensori - veidi, darbība un darbība

Temperatūra ir visbiežāk izmērītais vides lielums. Tas varētu būt sagaidāms, jo temperatūru ietekmē lielāko daļu fizisko, elektronisko, ķīmisko, mehānisko un bioloģisko sistēmu. Noteiktas ķīmiskās reakcijas, bioloģiskie procesi un pat elektroniskās ķēdes vislabāk darbojas ierobežotos temperatūras diapazonos. Temperatūra ir viens no visbiežāk izmērītajiem mainīgajiem lielumiem, un tāpēc nav pārsteigums, ka ir daudz veidu, kā to noteikt. Temperatūras uztveršana var veikt vai nu tiešā kontaktā ar apkures avotu, vai attālināti, bez tieša kontakta ar avotu, tā vietā izmantojot izstaroto enerģiju. Mūsdienās tirgū ir ļoti dažādi temperatūras sensori, tostarp termopāri, pretestības temperatūras detektori (RTD), termistori, infrasarkanie un pusvadītāju sensori.

5 temperatūras sensoru veidi

• Termopāra : Tas ir temperatūras sensora veids, ko izgatavo, vienā galā savienojot divus atšķirīgus metālus. Savienoto galu sauc par KARSTO JUNKCIJU. Šo atšķirīgo metālu otrais gals tiek saukts par COLD END vai COLD JUNCTION. Aukstais mezgls veidojas termopāra materiāla pēdējā punktā. Ja starp karsto un auksto krustojumu ir temperatūras atšķirība, tiek izveidots mazs spriegums. Šis spriegums tiek saukts par EMF (elektromotora spēks), un to var izmērīt un, savukārt, izmantot temperatūras norādīšanai.

Termopāra

• PTA ir temperatūras sensora ierīce, kuras pretestība mainās līdz ar temperatūru. Parasti būvētas no platīna, lai gan ierīces, kas izgatavotas no niķeļa vai vara, nav nekas neparasts, PTA var būt daudz dažādu formu, piemēram, stiepļu brūces, plānas plēves. Lai izmērītu pretestību visā RTD, pielieciet pastāvīgu strāvu, izmēra iegūto spriegumu un nosakiet RTD pretestību. PTA ir diezgan lineāra izturība pret temperatūras līknēm reģioniem, un jebkura nelinearitāte ir ļoti paredzama un atkārtojama. PT100 RTD novērtēšanas plāksne temperatūras mērīšanai izmanto virsmas stiprinājuma RTD. Ārējo 2, 3 vai 4 vadu PT100 var saistīt arī ar temperatūras mērīšanu attālos rajonos. RTD tiek novirzīti, izmantojot pastāvīgu strāvas avotu. Lai samazinātu pašsiltumu enerģijas izkliedes dēļ, pašreizējais lielums ir mēreni zems. Shēma, kas parādīta attēlā, ir pastāvīgas strāvas avots, kurā tiek izmantots atskaites spriegums, viens pastiprinātājs un PNP tranzistors.

• Termistori : Līdzīgi kā RTD, termistors ir temperatūru uztveroša ierīce, kuras pretestība mainās līdz ar temperatūru. Termistori tomēr ir izgatavoti no pusvadītāju materiāliem. Pretestību nosaka tāpat kā RTD, bet termistoriem ir ļoti nelineāra pretestība pret temperatūras līkni. Tādējādi termistoru darbības diapazonā mēs varam redzēt lielas pretestības izmaiņas ļoti mazām temperatūras izmaiņām. Tas rada ļoti jutīgu ierīci, kas ir ideāli piemērota lietošanai noteiktā punktā.

• Pusvadītājs sensori : Tos klasificē dažādos veidos, piemēram, sprieguma izeja, strāvas izeja, digitālā izeja, pretestības izejas silīcijs un diodes temperatūras sensori. Mūsdienu pusvadītāju temperatūras sensori piedāvā augstu precizitāti un augstu linearitāti darbības diapazonā no 55 ° C līdz + 150 ° C. Iekšējie pastiprinātāji var mērogot izvadi līdz ērtām vērtībām, piemēram, 10mV / ° C. Tie ir noderīgi arī aukstā savienojuma kompensācijas ķēdēs plaša temperatūras diapazona termopāriem. Tālāk ir sniegta īsa informācija par šāda veida temperatūras sensoriem.

Sensoru IC

Ir daudz dažādu temperatūras sensoru IC, kas ir pieejami, lai vienkāršotu pēc iespējas plašāku temperatūras uzraudzības problēmu klāstu. Šie silīcija temperatūras sensori būtiski atšķiras no iepriekš minētajiem tipiem pāris svarīgos veidos. Pirmais ir darba temperatūras diapazons. Temperatūras sensora IC var darboties nominālajā IC temperatūras diapazonā no -55 ° C līdz + 150 ° C. Otra būtiskā atšķirība ir funkcionalitāte.

Silīcija temperatūras sensors ir integrēta shēma, un tāpēc tajā var iekļaut plašas signālu apstrādes shēmas vienā un tajā pašā komplektā ar sensoru. Temperatūras sensora ICS nav jāpievieno kompensācijas shēmas. Dažas no tām ir analogās ķēdes ar sprieguma vai strāvas izeju. Citi apvieno analogās sensora shēmas ar sprieguma salīdzinātājiem, lai nodrošinātu trauksmes funkcijas. Daži citi sensoru IC apvieno analogās sensoru shēmas ar digitālo ieeju / izeju un kontroles reģistri , padarot tos par ideālu risinājumu sistēmām, kuru pamatā ir mikroprocesori.

Digitālā izejas sensors parasti satur temperatūras sensoru, analogo-ciparu pārveidotāju (ADC), divu vadu digitālo saskarni un reģistrus IC darbības kontrolei. Temperatūra tiek nepārtraukti mērīta, un to var nolasīt jebkurā laikā. Ja vēlaties, resursdatora procesors var uzdot sensoram uzraudzīt temperatūru un ņemt izejas tapu augstu (vai zemu), ja temperatūra pārsniedz ieprogrammēto robežu. Var arī ieprogrammēt zemāku sliekšņa temperatūru un paziņot saimniekam, kad temperatūra ir nokritusies zem šī sliekšņa. Tādējādi digitālo izejas sensoru var izmantot uzticamai temperatūras uzraudzībai mikroprocesoru sistēmās.

Temperatūras sensors

Iepriekš norādītajam temperatūras sensoram ir trīs spailes un nepieciešamais maksimālais barošanas avots ir 5,5 V. Šāda veida sensors sastāv no materiāla, kas darbojas atbilstoši temperatūrai, lai mainītu pretestību. Šī pretestības maiņa tiek uztverta ķēdē, un tā aprēķina temperatūru. Palielinoties spriegumam, paaugstinās arī temperatūra. Mēs varam redzēt šo darbību, izmantojot diode.

Temperatūras sensori, kas tieši savienoti ar mikroprocesora ieeju un tādējādi spēj tieši un uzticami sazināties ar mikroprocesoriem. Sensora bloks var efektīvi sazināties ar zemu izmaksu procesoriem, neizmantojot A / D pārveidotājus.

Temperatūras sensora piemērs ir LM35 . LM35 sērija ir precīzi integrētas ķēdes temperatūras sensori, kuru izejas spriegums ir lineāri proporcionāls Celsija temperatūrai. LM35 darbojas no -55-līdz + 120˚C.

Centrālās temperatūras sensors (no + 2 ° C līdz + 150 ° C) parādīts zemāk redzamajā attēlā.

LM35 temperatūras sensora funkcijas:

• Kalibrēts tieši ˚ Celsija (Celsija)
• Nominālā pilna diapazona l −55 + līdz + 150˚C
• Piemērots attālinātām lietojumprogrammām
• Zemas izmaksas, pateicoties vafeļu līmeņa apgriešanai
• Darbojas no 4 līdz 30 voltiem
• Zema pašsildīšanās,
• ± 1 / 4˚C tipiskas nelinearitātes

LM35 darbība:

• LM35 var viegli savienot tāpat kā citus integrētās shēmas temperatūras sensorus. To var piestiprināt vai nostiprināt pie virsmas, un tā temperatūra būs aptuveni 0,01˚C no virsmas temperatūras.
• Tas paredz, ka apkārtējā gaisa temperatūra ir gandrīz tāda pati kā virsmas temperatūra, ja gaisa temperatūra būtu daudz augstāka vai zemāka par virsmas temperatūru, LM35 formas faktiskā temperatūra būtu vidējā temperatūrā starp virsmas temperatūru un gaisu temperatūra.

Temperatūras sensoriem ir plaši pazīstami pielietojumi vides un procesu kontrolē, kā arī testēšanā, mērīšanā un saziņā. Digitālā temperatūra ir sensors, kas nodrošina 9 bitu temperatūras rādījumus. Digitālie temperatūras sensori piedāvā izcilu precīzu precizitāti, tie ir paredzēti nolasīšanai no 0 ° C līdz 70 ° C, un ir iespējams sasniegt ± 0,5 ° C precizitāti. Šie sensori ir pilnībā saskaņoti ar digitālajiem temperatūras rādījumiem grādos pēc Celsija.

• Digitālie temperatūras sensori: Digitālie temperatūras sensori novērš nepieciešamību pēc papildu komponentiem, piemēram, A / D pārveidotāja, lietojumprogrammā, un, izmantojot termistorus, nav nepieciešams kalibrēt komponentus vai sistēmu noteiktās atskaites temperatūrās. Digitālie temperatūras sensori risina visu, dodot iespēju vienkāršot pamata sistēmas temperatūras uzraudzības funkciju.

Digitālā temperatūras sensora priekšrocības ir galvenās ar precizitātes izvadi grādos pēc Celsija. Sensora izeja ir līdzsvarots digitālais rādījums. Tas neparedz citus komponentus, piemēram, analogo ciparu pārveidotāju, un to ir daudz vienkāršāk izmantot nekā vienkāršu termistoru, kas nodrošina nelineāru pretestību ar temperatūras izmaiņām.

Digitālā temperatūras sensora piemērs ir DS1621, kas nodrošina 9 bitu temperatūras nolasīšanu.

Funkcijas DS1621:

1. Ārējie komponenti nav nepieciešami.
2. Tiek mērīts temperatūras diapazons no -55⁰C līdz + 125⁰C ar 0,5⁰ intervālu.
3. Piešķir temperatūras vērtību kā 9 bitu nolasījumu.
4. Plašs barošanas avota diapazons (no 2,7 V līdz 5,5 V).
5. Pārvērš temperatūru par digitālo vārdu mazāk nekā vienā sekundē.
6. Termostatiskie iestatījumi ir lietotāja definējami un nemainīgi.
7. Tas ir 8 kontaktu DIP.

Piespraudes apraksts:

• SDA - 2 vadu sērijveida datu ievade / izvade.
• SCL - 2 vadu sērijveida pulkstenis.
• GND - zeme.
• TOUT - termostata izejas signāls.
• A0 - mikroshēmas adreses ievade.
• A1 - mikroshēmas adreses ievade.
• A2 - mikroshēmas adreses ievade.
• VDD - barošanas avota spriegums.

DS1621 darbība:

• Kad ierīces temperatūra pārsniedz lietotāja noteikto temperatūru HIGH, izeja TOUT ir aktīva. Izeja paliks aktīva, līdz temperatūra nokritīsies zem lietotāja noteiktās temperatūras LOW.
• Lietotāja noteikti temperatūras iestatījumi tiek saglabāti nemainīgā atmiņā, tāpēc tos var ieprogrammēt pirms ievietošanas sistēmā.
• Temperatūras rādījums tiek nodrošināts 9 bitu, divu papildinājumu nolasījumā, programmēšanā izsniedzot komandu READ TEMPERATURE.
• Divu vadu sērijas interfeiss tiek izmantots ieejai DS16121 temperatūras iestatījumiem un temperatūras rādījumu izvadīšanai no DS1621

Fotoattēlu kredīts:

• Temperatūras sensors pēc wikimedia