Što je senzor temperature?

Senzor temperature je uređaj koji mjeri koliko je neki predmet vruć ili hladan, pružanje mjerenja temperature putem električnog signala u čitljivom obliku. Češći su termoparovi i temperaturni detektori toplinskog otpornika.

Senzori temperature vode

Kineski senzor temperature

Vrste temperaturnih senzora za podatkovne centre

Postoje četiri glavna senzora temperature koja se danas koriste u modernoj elektronici: Negativni koeficijent temperature (NTC) termistori, Detektori temperature otpora (RTS), termoparovi, i integrirani utemeljeni na poluvodičima (IC) senzori.
Senzor temperature je uređaj, tipično, termopar ili temperaturni detektor otpora, koji omogućuje mjerenje temperature u čitljivom obliku putem električnog signala.
Termometar je najosnovniji oblik mjerača temperature koji se koristi za mjerenje stupnja vrućine i hladnoće.

Mjerači temperature koriste se u geotehničkom području za nadzor betona, strukture, tlo, voda, mostovi, itd. za strukturne promjene zbog sezonskih varijacija.
Termopar (T/C) napravljen je od dva različita metala koji generiraju električni napon izravno proporcionalan promjeni temperature. RTD (Otporni temperaturni detektor) je promjenjivi otpornik koji mijenja svoj električni otpor izravno proporcionalno promjeni temperature u preciznom, ponovljiv, i gotovo linearan način.

U našem svakodnevnom životu, trebali bismo često vidjeti toplomjere, bojleri, mikrovalne pećnice, hladnjaci, itd. Oni će se primijeniti na važan uređaj - senzor temperature. Ovaj će vam članak predstaviti senzore temperature, principi senzora temperature, i vrste temperaturnih senzora.

Tip senzora temperature:
U praktičnim primjenama, dostupni su mnogi temperaturni senzori, s različitim karakteristikama prema stvarnoj primjeni. Senzori temperature sastoje se od dvije osnovne fizičke vrste:
1. Vrsta kontaktnog senzora temperature
Ovi tipovi senzora temperature zahtijevaju fizički kontakt s objektom koji se očitava i koriste vodljivost za praćenje promjena temperature. Mogu se koristiti za otkrivanje krutih tvari, tekućine ili plinovi u širokom rasponu temperatura.

2. Tip beskontaktnog senzora temperature
Ove vrste temperaturnih senzora koriste konvekciju i zračenje za praćenje promjena temperature. Mogu se koristiti za otkrivanje tekućina i plinova koji emitiraju energiju zračenja dok se toplina diže, a hladnoća spušta na dno u konvekcijskim strujama, ili za otkrivanje energije zračenja koja se prenosi s objekata u obliku infracrvenog zračenja (sunce).
Kontaktni i beskontaktni senzori temperature dalje se klasificiraju u sljedeće senzore temperature.

Princip senzora temperature:
1. Termostat
Termostat je kontaktni senzor temperature koji se sastoji od bimetalne trake izrađene od dva različita metala, kao što je aluminij, bakar, nikal, ili volframa.

Razlika u koeficijentima linearnog širenja dva metala uzrokuje njihovo mehaničko savijanje kada se zagrijavaju.

Prava slika termostata

2. Bimetalni termostat
Termostat se sastoji od dva metala s različitim razinama topline zalijepljena jedan uz drugoga. Kad je hladno vrijeme, kontakti se zatvore i kroz termostat teče struja. Dok se zagrijava, jedan metal se širi više od drugog, a spojene bimetalne trake savijaju se prema gore (ili prema dolje), otvaranje kontakata i sprječavanje protoka električne energije.

Fizička slika bimetalnog termostata

Postoje dvije glavne vrste bimetalnih traka, temelji se prvenstveno na njihovom kretanju kada su podvrgnuti promjenama temperature. Postoje tipovi "trenutačnog djelovanja" koji proizvode trenutno djelovanje tipa "on/off" ili "off/on" na električnim kontaktima na postavljenoj temperaturnoj točki, i sporiji "puzajući" tipovi koji postupno mijenjaju svoj položaj s promjenama temperature .
Dijagram principa rada bimetalnog termostata

Trenutni termostati obično se koriste u našim domovima za kontrolu zadane temperature pećnica, glačala, uronjeni spremnici tople vode, a mogu se naći i na zidovima za kontrolu sustava kućnog grijanja.

Tipovi gusjeničara obično se sastoje od bimetalnih zavojnica ili spirala koje se polako odmotavaju ili namotavaju kako se temperatura mijenja. Općenito govoreći, bimetalne trake u stilu puzanja osjetljivije su na promjene temperature od standardnih tipova za uključivanje/isključivanje jer su trake duže i tanje, što ih čini idealnim za korištenje na termometrima i brojčanicima, itd.

3. Termistor
Termistori su obično izrađeni od keramičkih materijala, kao što su nikal, oksidi mangana ili kobalta prevučeni staklom, zbog čega se lako oštećuju. Njihova glavna prednost u odnosu na tipove brzog djelovanja je koliko brzo reagiraju na sve promjene temperature, točnost i ponovljivost.

Većina termistora ima negativan temperaturni koeficijent (NTC), što znači da njihov otpor opada kako temperatura raste. Međutim, postoje neki termistori koji imaju pozitivan temperaturni koeficijent (PTC) a njihov otpor raste s temperaturom.

Fizička slika termistora

Termistori se ocjenjuju na temelju njihovog otpora na sobnoj temperaturi (obično 25 o C), njihovu vremensku konstantu (vrijeme potrebno za reakciju na promjenu temperature), i njihovu nazivnu snagu u odnosu na struju koja kroz njih teče. Kao otpornici, termistori imaju vrijednosti otpora na sobnoj temperaturi u rasponu od 10 megoma do nekoliko oma, ali za potrebe osjetila obično se koriste one vrste mjerene u kiloomima.

4. Primjer senzora temperature br.1
Vrijednost otpora sljedećeg termistora na 25 ℃ je 10 KΩ, a vrijednost otpora na 100 ℃ je 100Ω. Izračunajte pad napona na termistoru kada se postavi u seriju s otpornikom od 1 kΩ da biste izračunali izlazni napon (Vout) preko 12v napajanja na obje temperature.
Primjer dijagrama senzora temperature

Promjenom fiksne vrijednosti otpornika R2 (1kΩ u našem primjeru) na potenciometar ili unaprijed postavljenu vrijednost, izlazni napon se može dobiti na unaprijed određenoj zadanoj točki temperature, na primjer izlaz od 5 V na 60°C. A mijenjanjem potenciometra da se dobije određena razina izlaznog napona može se postići u širem temperaturnom rasponu.

Međutim, treba napomenuti da su termistori nelinearni uređaji, a standardne vrijednosti otpora različitih termistora na sobnoj temperaturi su različite, uglavnom zato što su izrađeni od poluvodičkih materijala. Termistori se eksponencijalno mijenjaju s temperaturom i stoga imaju Beta temperaturnu konstantu (b) koji se može koristiti za izračunavanje otpora na bilo kojoj danoj temperaturnoj točki.

Međutim, kada se koristi sa serijskim otpornicima, kao što je u mreži razdjelnika napona ili Wheatstoneovom mostu. Struja dobivena kao odgovor na napon primijenjen na razdjelnik napona/mrežu mosta linearna je s temperaturom. Izlazni napon preko otpornika tada se linearno mijenja s temperaturom.