Temperaturni senzorji - vrste, delovanje in delovanje

Temperatura je najpogosteje izmerjena okoljska veličina. To bi lahko pričakovali, saj na večino fizičnih, elektronskih, kemičnih, mehanskih in bioloških sistemov vpliva temperatura. Nekatere kemične reakcije, biološki procesi in celo elektronska vezja se najbolje obnesejo v omejenih temperaturnih območjih. Temperatura je ena najpogosteje izmerjenih spremenljivk, zato ni presenetljivo, da obstaja veliko načinov zaznavanja. Zaznavanje temperature se lahko izvede bodisi z neposrednim stikom z virom ogrevanja bodisi na daljavo, brez neposrednega stika z virom, namesto tega z uporabo sevane energije. Danes je na trgu široka paleta temperaturnih senzorjev, vključno s termočleni, odpornimi temperaturnimi detektorji (RTD), termistorji, infrardečimi in polprevodniškimi senzorji.

5 vrst temperaturnih senzorjev

• Termočlen : Gre za tip temperaturnega senzorja, ki je narejen tako, da na enem koncu združimo dve različni kovini. Združeni konec se imenuje HOT JUNCTION. Drugi konec teh različnih kovin se imenuje HLADNI KONEC ali HLADNI SKLEP. Hladni spoj nastane na zadnji točki materiala termočlenov. Če obstaja razlika v temperaturi med vročim in hladnim spojem, se ustvari majhna napetost. Ta napetost se imenuje EMR (elektromotorna sila) in jo je mogoče izmeriti in nato uporabiti za prikaz temperature.

Termočlen

• RTD je naprava za zaznavanje temperature, katere odpornost se spreminja s temperaturo. Značilno je, da so zgrajene iz platine, čeprav naprave iz niklja ali bakra niso redke, lahko imajo RTD različne oblike, kot so žice, tanke folije. Za merjenje upora na RTD uporabite konstanten tok, izmerite nastalo napetost in določite RTD upor. RTD kažejo precej linearno odpornost na temperaturne krivulje v svojih regijah delovanja in vsaka nelinearnost je zelo predvidljiva in ponovljiva. Ocenjevalna plošča PT100 RTD uporablja RTD za površinsko montažo za merjenje temperature. Zunanji 2, 3 ali 4-žični PT100 je lahko povezan tudi z merjenjem temperature na oddaljenih območjih. RTD so pristranski z uporabo konstantnega tokovnega vira. Da bi zmanjšali samotoploto zaradi odvajanja moči, je trenutna velikost zmerno nizka. Vezje, prikazano na sliki, je vir stalnega toka, ki uporablja referenčno napetost, en ojačevalnik in PNP tranzistor.

• Termistorji : Podobno kot RTD je tudi termistor naprava za zaznavanje temperature, katere upor se spreminja s temperaturo. Termistorji pa so narejeni iz polprevodniških materialov. Odpornost se določa na enak način kot RTD, vendar termistorji kažejo zelo nelinearno krivuljo odpornosti glede na temperaturo. Tako lahko v območju delovanja termistorjev opazimo veliko spremembo upora pri zelo majhni temperaturni spremembi. To omogoča zelo občutljivo napravo, ki je idealna za nastavitvene točke.

• Polprevodnik senzorji : Razvrščeni so v različne tipe, kot so napetostni izhod, tokovni izhod, digitalni izhod, odporni silicij in temperaturni senzorji diode. Sodobni polprevodniški temperaturni senzorji ponujajo visoko natančnost in visoko linearnost v območju delovanja od približno 55 ° C do + 150 ° C. Notranji ojačevalniki lahko prilagodijo izhod na priročne vrednosti, na primer 10mV / ° C. Uporabni so tudi v kompenzacijskih tokokrogih hladnega stika za termoelemente širokega temperaturnega območja. Kratke podrobnosti o tej vrsti temperaturnega senzorja so navedene spodaj.

IC senzorjev

Za poenostavitev najširšega obsega izzivov nadzora temperature je na voljo široka paleta IC-jev senzorjev temperature. Ti silicijevi temperaturni senzorji se od zgoraj omenjenih vrst bistveno razlikujejo na nekaj pomembnih načinov. Prvo je območje delovne temperature. IC temperaturnega senzorja lahko deluje v nominalnem temperaturnem območju IC od -55 ° C do + 150 ° C. Druga glavna razlika je funkcionalnost.

Silicijev temperaturni senzor je integrirano vezje in zato lahko v isti paket kot senzor vključuje obsežna vezja za obdelavo signalov. Za ICS temperaturnega senzorja ni treba dodajati kompenzacijskih vezij. Nekateri od teh so analogna vezja z izhodno napetostjo ali tokom. Drugi kombinirajo analogno zaznavna vezja z primerjalniki napetosti, da zagotavljajo opozorilne funkcije. Nekatere druge senzorske IC kombinirajo analogno zaznavno vezje z digitalnim vhodom / izhodom in kontrolni registri , zaradi česar so idealna rešitev za mikroprocesorske sisteme.

Digitalni izhodni senzor običajno vsebuje temperaturni senzor, analogno-digitalni pretvornik (ADC), dvožični digitalni vmesnik in registre za nadzor delovanja IC. Temperatura se neprekinjeno meri in jo je mogoče kadar koli odčitati. Po želji lahko gostiteljski procesor senzorju naroči, naj nadzira temperaturo in vzame izhodni zatič visoko (ali nizko), če temperatura presega programirano mejo. Lahko se programira tudi temperatura spodnjega praga in gostitelj lahko obvesti, ko temperatura pade pod ta prag. Tako se digitalni izhodni senzor lahko uporablja za zanesljiv nadzor temperature v sistemih, ki temeljijo na mikroprocesorjih.

Temperaturni senzor

Zgornji temperaturni senzor ima tri sponke in zahteva največ 5,5 V napajanja. Ta tip senzorja je sestavljen iz materiala, ki deluje glede na temperaturo za spreminjanje upora. To spremembo upora zazna vezje in izračuna temperaturo. Ko se napetost poveča, se tudi temperatura dvigne. To operacijo lahko vidimo z uporabo diode.

Temperaturni senzorji, neposredno povezani z vhodom mikroprocesorja in tako sposobni neposredne in zanesljive komunikacije z mikroprocesorji. Enota senzorja lahko učinkovito komunicira z poceni procesorji, ne da bi potrebovali A / D pretvornike.

Primer temperaturnega senzorja je LM35 . Serija LM35 so natančni temperaturni senzorji z integriranim vezjem, katerih izhodna napetost je linearno sorazmerna s temperaturo Celzija. LM35 deluje pri -55˚ do + 120˚C.

Osnovni temperaturni senzor Celzija (+ 2˚C do + 150˚C) je prikazan na spodnji sliki.

Značilnosti temperaturnega senzorja LM35:

• Umerjeno neposredno v ˚ Celzija (Celzija)
• Nazivno za celotno območje od l −55˚ do + 150˚C
• Primerno za oddaljene aplikacije
• Nizki stroški zaradi obrezovanja na ravni rezin
• Deluje od 4 do 30 voltov
• Nizko samosegrevanje,
• ± 1 / 4˚C tipične nelinearnosti

Delovanje LM35:

• LM35 je mogoče enostavno povezati na enak način kot druge temperaturne senzorje z integriranim vezjem. Lahko se zatakne ali pritrdi na površino in njegova temperatura bo približno v območju 0,01 ° C od površinske temperature.
• To predpostavlja, da je temperatura zunanjega zraka približno enaka površinski, če bi bila temperatura zraka precej višja ali nižja od temperature površine, bi bila dejanska temperatura matrice LM35 na vmesni temperaturi med površinsko temperaturo in zrakom. temperatura.

Temperaturni senzorji imajo dobro znane aplikacije pri nadzoru okolja in procesov ter tudi pri testiranju, merjenju in komunikaciji. Digitalna temperatura je senzor, ki zagotavlja 9-bitne odčitke temperature. Digitalni temperaturni senzorji ponujajo izjemno natančno natančnost, zasnovani so za branje od 0 ° C do 70 ° C in mogoče je doseči natančnost ± 0,5 ° C. Ti senzorji so popolnoma usklajeni z digitalnimi odčitki temperature v stopinjah Celzija.

• Digitalni temperaturni senzorji: Digitalni temperaturni senzorji odpravljajo potrebo po dodatnih komponentah, kot je A / D pretvornik, znotraj aplikacije in pri uporabi termistorjev ni treba kalibrirati komponent ali sistema pri določenih referenčnih temperaturah. Digitalni temperaturni senzorji obravnavajo vse, kar omogoča poenostavitev osnovne funkcije sistema za nadzor temperature.

Prednosti digitalnega temperaturnega senzorja so glavne s svojo natančnostjo v stopinjah Celzija. Izhod senzorja je uravnoteženo digitalno branje. To ne predvideva nobenih drugih komponent, kot je analogno-digitalni pretvornik in veliko preprostejši za uporabo kot preprost termistor, ki zagotavlja nelinearni upor s temperaturnimi nihanji.

Primer digitalnega temperaturnega senzorja je DS1621, ki zagotavlja 9-bitno odčitavanje temperature.

Značilnosti DS1621:

1. Zunanje komponente niso potrebne.
2. Izmeri se temperaturno območje od -55⁰C do + 125⁰C v intervalih 0,5⁰.
3. Daje vrednost temperature kot 9-bitni odčitek.
4. Širok obseg napajanja (2,7 V do 5,5 V).
5. Pretvori temperaturo v digitalno besedo v manj kot eni sekundi.
6. Nastavitve termostata lahko določi uporabnik in so nenehne.
7. To je 8-pinski DIP.

Opis zatiča:

• SDA - dvožični serijski vhod / izhod.
• SCL - dvožična serijska ura.
• GND - Tla.
• TOUT - Izhodni signal termostata.
• A0 - Vnos naslova čipa.
• A1 - Vnos naslova čipa.
• A2 - Vnos naslova čipa.
• VDD - Napajalna napetost.

Delovanje DS1621:

• Ko temperatura naprave preseže uporabniško določeno temperaturo HIGH, je izhod TOUT aktiven. Izhod bo ostal aktiven, dokler temperatura ne pade pod uporabniško določeno temperaturo LOW.
• Uporabniško določene nastavitve temperature se shranijo v trajni pomnilnik, zato jih je mogoče programirati pred vstavitvijo v sistem.
• Odčitavanje temperature je na voljo v 9-bitnem odčitavanju dveh komplementov z izdajo ukaza READ TEMPERATURE v programiranju.
• Dvožični serijski vmesnik se uporablja za vhod v DS16121 za nastavitve temperature in izhod za odčitavanje temperature iz DS1621

Foto:

• Temperaturni senzor wikimedia