Temperatursensorer - Typer, arbete och drift

Temperatur är den mest uppmätta miljömängden. Detta kan förväntas eftersom de flesta fysiska, elektroniska, kemiska, mekaniska och biologiska system påverkas av temperaturen. Vissa kemiska reaktioner, biologiska processer och till och med elektroniska kretsar fungerar bäst inom begränsade temperaturintervall. Temperatur är en av de mest uppmätta variablerna och det är därför inte förvånande att det finns många sätt att känna av det. Temperaturavkänning kan göras antingen genom direktkontakt med värmekällan eller på distans, utan direktkontakt med källan med istället utstrålad energi. Det finns ett brett utbud av temperaturgivare på marknaden idag, inklusive termoelement, motståndstemperaturdetektorer (RTD), termistorer, infraröda och halvledarsensorer.

5 typer av temperatursensorer

• Termoelement : Det är en typ av temperatursensor, som är gjord genom att sammanfoga två olika metaller i ena änden. Den sammanfogade änden kallas HOT JUNCTION. Den andra änden av dessa olika metaller kallas COLD END eller COLD JUNCTION. Den kalla korsningen bildas vid den sista punkten av termoelementmaterial. Om det finns en skillnad i temperatur mellan den varma korsningen och den kalla korsningen skapas en liten spänning. Denna spänning kallas en EMF (elektromotivkraft) och kan mätas och i sin tur användas för att indikera temperatur.

Termoelement

• RTD är en temperaturavkännande anordning vars motstånd ändras med temperaturen. Vanligtvis byggd av platina, även om enheter tillverkade av nickel eller koppar inte är ovanliga, kan RTD-skivor ta många olika former som trådlindad, tunn film. För att mäta motståndet över en RTD, applicera en konstant ström, mäta den resulterande spänningen och bestämma RTD-motståndet. RTD uppvisar ganska linjär motstånd mot temperaturkurvor över deras verksamhetsregioner och eventuell icke-linjäritet är mycket förutsägbar och repeterbar. PT100 RTD utvärderingskort använder ytmonterad RTD för att mäta temperatur. En extern 2, 3 eller 4-ledare PT100 kan också associeras med temperaturmätning i avlägsna områden. RTD: erna är förspända med en konstant strömkälla. För att minska självuppvärmningen på grund av strömavledning är den aktuella storleken måttligt låg. Kretsen som visas i figuren är den konstanta strömkällan använder en referensspänning, en förstärkare och en PNP-transistor.

• Termistorer : I likhet med RTD är termistorn en temperaturavkännande enhet vars motstånd ändras med temperaturen. Termistorer är dock tillverkade av halvledarmaterial. Motstånd bestäms på samma sätt som RTD, men termistorer uppvisar en mycket olinjär resistans vs. temperaturkurva. Således kan vi inom termistorns arbetsområde se en stor motståndsförändring för en mycket liten temperaturförändring. Detta ger en mycket känslig enhet, perfekt för börvärdesapplikationer.

• Halvledare sensorer : De klassificeras i olika typer som spänningsutgång, strömutgång, digital utgång, motståndsutgångskisel och diodtemperatursensorer. Moderna halvledartemperatursensorer erbjuder hög noggrannhet och hög linjäritet över ett arbetsområde på cirka 55 ° C till + 150 ° C. Interna förstärkare kan skala utgången till bekväma värden, till exempel 10mV / ° C. De är också användbara i kompensationskretsar för kallkoppling för termoelement med brett temperaturområde. Kort information om denna typ av temperaturgivare ges nedan.

Sensor IC: er

Det finns ett brett utbud av temperatursensor-IC: er som är tillgängliga för att förenkla det största möjliga utbudet av temperaturövervakningsutmaningar. Dessa kiseltemperatursensorer skiljer sig avsevärt från de ovan nämnda typerna på ett par viktiga sätt. Den första är driftstemperaturområdet. En temperatursensor IC kan arbeta över det nominella IC-temperaturområdet från -55 ° C till + 150 ° C. Den andra stora skillnaden är funktionalitet.

En kiseltemperatursensor är en integrerad krets och kan därför inkludera omfattande signalbehandlingskretsar inom samma paket som sensorn. Det finns inget behov av att lägga till kompenseringskretsar för temperaturgivare ICS. Några av dessa är analoga kretsar med antingen spänning eller strömutgång. Andra kombinerar analoga avkänningskretsar med spänningskomparatorer för att ge varningsfunktioner. Vissa andra sensor-IC: er kombinerar analoga avkänningskretsar med digital ingång / utgång och kontrollregister vilket gör dem till en idealisk lösning för mikroprocessorbaserade system.

Den digitala utgångssensorn innehåller vanligtvis en temperatursensor, analog-till-digital-omvandlare (ADC), ett två-tråds digitalt gränssnitt och register för att styra IC-funktionen. Temperaturen mäts kontinuerligt och kan läsas när som helst. Om så önskas kan värdprocessorn instruera sensorn att övervaka temperaturen och ta en utgångsstift hög (eller låg) om temperaturen överstiger en programmerad gräns. Lägre tröskeltemperatur kan också programmeras och värden kan meddelas när temperaturen sjunkit under denna tröskel. Således kan den digitala utgångssensorn användas för tillförlitlig temperaturövervakning i mikroprocessorbaserade system.

Temperatursensor

Ovanstående temperatursensor har tre anslutningar och krävs Maximalt 5,5 V matning. Denna typ av sensor består av ett material som arbetar enligt temperaturen för att variera motståndet. Denna förändring av motstånd känns av kretsen och den beräknar temperaturen. När spänningen ökar stiger också temperaturen. Vi kan se denna operation genom att använda en diod.

Temperatursensorer direkt anslutna till mikroprocessoringång och kan därmed direkt och pålitlig kommunikation med mikroprocessorer. Sensorenheten kan kommunicera effektivt med billiga processorer utan behov av A / D-omvandlare.

Ett exempel på en temperatursensor är LM35 . LM35-serien är precisionsintegrerade kretssensorer, vars utspänning är linjärt proportionell mot Celsius-temperaturen. LM35 arbetar vid -55 ° till + 120 ° C.

Den grundläggande celsius-temperaturgivaren (+ 2 ° C till + 150 ° C) visas i figuren nedan.

Funktioner hos LM35 Temperatursensor:

• Kalibrerad direkt i els Celsius (Celsius)
• Klassad för hela intervallet l −55˚ till + 150 +C
• Lämplig för fjärrtillämpningar
• Låg kostnad på grund av trimmning på rån
• Fungerar från 4 till 30 volt
• Låg självuppvärmning,
• ± 1 / 4˚C av typisk icke-linjäritet

Drift av LM35:

• LM35 kan enkelt anslutas på samma sätt som andra temperaturgivare med integrerad krets. Den kan fastna eller fastställas till en yta och dess temperatur ligger inom området 0,01 ° C av yttemperaturen.
• Detta förutsätter att den omgivande lufttemperaturen är ungefär densamma som yttemperaturen om lufttemperaturen var mycket högre eller lägre än yttemperaturen, den faktiska temperaturen för LM35-formen skulle ha en mellanliggande temperatur mellan yttemperaturen och luften. temperatur.

Temperatursensorerna har välkända applikationer inom miljö- och processkontroll och även i test, mätning och kommunikation. En digital temperatur är en sensor som ger 9-bitars temperaturavläsningar. Digitala temperaturgivare erbjuder utmärkt exakt noggrannhet, dessa är utformade för att läsa från 0 ° C till 70 ° C och det är möjligt att uppnå ± 0,5 ° C noggrannhet. Dessa sensorer är helt anpassade till digitala temperaturavläsningar i grader Celsius.

• Digitala temperatursensorer: Digitala temperatursensorer eliminerar behovet av extra komponenter, såsom en A / D-omvandlare, inom applikationen och det finns inget behov av att kalibrera komponenter eller systemet vid specifika referenstemperaturer efter behov vid användning av termistorer. Digitala temperatursensorer hanterar allt, vilket gör det möjligt att förenkla systemets grundläggande temperaturövervakningsfunktion.

Fördelarna med en digital temperatursensor är viktigaste med dess precisionseffekt i grader Celsius. Sensorns utgång är en balanserad digital avläsning. Detta avser inga andra komponenter, som en analog till digital omvandlare och mycket enklare att använda än, en enkel termistor som ger ett icke-linjärt motstånd med temperaturvariation.

Ett exempel på en digital temperatursensor är DS1621, som ger en 9-bitars temperaturavläsning.

Funktioner DS1621:

1. Inga externa komponenter krävs.
2. Temperaturområdet från -55 ° C till + 125 ° C i intervaller på 0,5 ° mäts.
3. Ger temperaturvärde som en 9-bitars avläsning.
4. Brett strömförsörjningsområde (2,7V till 5,5V).
5. Omvandlar temperatur till digitalt ord på mindre än en sekund.
6. Termostatiska inställningar är användardefinierbara och icke flyktiga.
7. Det är en 8-stifts DIP.

Stiftbeskrivning:

• SDA - 2-tråds seriell dataingång / -utgång.
• SCL - 2-tråds seriell klocka.
• GND - mark.
• TOUT - Termostatutgångssignal.
• A0 - Chipadressinmatning.
• A1 - Chipadressinmatning.
• A2 - Chipadressingång.
• VDD - Strömförsörjningsspänning.

Arbeta med DS1621:

• När enhetens temperatur överstiger en användardefinierad temperatur HÖG är utgången TOUT aktiv. Utgången förblir aktiv tills temperaturen sjunker under den användardefinierade temperaturen LÅG.
• Användardefinierade temperaturinställningar sparas i icke-flyktigt minne så att det kan programmeras innan det sätts in i ett system.
• Temperaturavläsningen tillhandahålls i en 9-bitars kompletterande avläsning av två genom att utfärda kommandot LÄS TEMPERATUR i programmeringen.
• Ett seriellt 2-trådsgränssnitt används för ingång till DS16121 för temperaturinställningar och utgång för temperaturavläsning från DS1621

Fotokredit:

• Temperatursensor av wikimedia