Mi a hőmérséklet -érzékelő?

A hőmérséklet-érzékelő egy olyan eszköz, amely méri, hogy egy tárgy mennyire meleg vagy hideg, hőmérsékletmérés biztosítása elektromos jelen keresztül olvasható formában. A leggyakoribbak a hőelemek és a hőellenállás hőmérséklet-érzékelők.

Vízhőmérséklet érzékelők

Kína hőmérsékleti érzékelő

Hőmérséklet-érzékelők típusai adatközpontokhoz

Négy fő hőmérsékleti érzékelőt használnak manapság a modern elektronikában: Negatív hőmérsékleti együttható (NTC) termisztorok, ellenállás hőmérséklet érzékelők (KTF-ek), hőelemek, és félvezető alapú integrált (IC) érzékelők.
A hőmérséklet-érzékelő egy eszköz, jellemzően, hőelem vagy ellenállás hőmérséklet érzékelő, amely elektromos jelen keresztül olvasható formában biztosítja a hőmérséklet mérését.
A hőmérő a hőmérsékletmérő legalapvetőbb formája, amelyet a melegség és a hidegség mértékének mérésére használnak.

A hőmérsékletmérőket geotechnikai területen használják a beton monitorozására, szerkezetek, talaj, víz, hidak, stb. a szezonális változások miatti szerkezeti változásokra.
Egy hőelem (T/C) két különböző fémből készül, amelyek a hőmérséklet változásával egyenes arányban generálnak elektromos feszültséget. Egy KTF (Ellenállási hőmérséklet érzékelő) egy változó ellenállás, amely a hőmérséklet változásával egyenes arányban változtatja elektromos ellenállását, megismételhető, és közel lineáris módon.

A mindennapi életünkben, gyakran látnunk kell hőmérőket, vízmelegítők, mikrohullámú sütők, hűtőszekrények, stb. Ezeket egy fontos eszközre – a hőmérséklet-érzékelőre – fogják alkalmazni. Ez a cikk bemutatja a hőmérséklet-érzékelőket, hőmérséklet-érzékelő alapelvei, és a hőmérséklet-érzékelők típusai.

Hőmérséklet-érzékelő típusa:
Gyakorlati alkalmazásokban, számos hőmérséklet-érzékelő áll rendelkezésre, a tényleges alkalmazástól függően eltérő jellemzőkkel. A hőmérséklet-érzékelők két alapvető fizikai típusból állnak:
1. Érintkező hőmérséklet-érzékelő típusa
Az ilyen típusú hőmérséklet-érzékelők fizikai érintkezést igényelnek az érzékelt tárggyal, és vezetést használnak a hőmérséklet-változások figyelésére. Használhatók szilárd anyagok kimutatására, folyadékok vagy gázok széles hőmérséklet-tartományban.

2. Érintésmentes hőmérséklet-érzékelő típus
Az ilyen típusú hőmérséklet-érzékelők konvekciót és sugárzást használnak a hőmérséklet-változások figyelésére. Használhatók olyan folyadékok és gázok kimutatására, amelyek sugárzó energiát bocsátanak ki, amikor a hő felemelkedik, és a hideg leül a konvekciós áramokban, vagy a tárgyakról infravörös sugárzás formájában átvitt sugárzó energia észlelésére (nap).
Az érintkező és az érintésmentes hőmérséklet-érzékelők a következő hőmérséklet-érzékelőkbe sorolhatók be.

A hőmérséklet-érzékelő elve:
1. Termosztát
A termosztát egy érintkezési hőmérséklet-érzékelő, amely két különböző fémből készült bimetál szalagból áll, mint például az alumínium, réz, nikkel, vagy volfrám.

A két fém lineáris tágulási együtthatóinak különbsége mechanikus hajlítási mozgásokat okoz melegítéskor.

A termosztát valós képe

2. Bimetál termosztát
A termosztát két különböző hőfokozatú fémből áll, amelyek egymáshoz vannak ragasztva. Amikor hideg az idő, az érintkezők záródnak, és áram folyik át a termosztáton. Ahogy felmelegszik, az egyik fém jobban kitágul, mint a másik, és a ragasztott bimetál szalagok felfelé hajlanak (vagy lefelé), az érintkezők kinyitása és az elektromos áram áramlásának megakadályozása.

Bimetál termosztát fizikai kép

A bimetál szalagoknak két fő típusa van, elsősorban a hőmérséklet-változásoknak kitett mozgásukon alapul. Vannak „pattanós” típusúak, amelyek egy beállított hőmérsékleti ponton azonnali „be/ki” vagy „ki/be” típusú műveletet hoznak létre az elektromos érintkezőkön., és lassabb „kúszó” típusok, amelyek a hőmérséklet változásával fokozatosan változtatják helyzetüket .
A bimetál termosztát működési elvi diagramja

Otthonunkban a bepattanó működésű termosztátokat gyakran használják a sütők hőmérséklet-beállítási pontjainak szabályozására, vasalók, merülő melegvíz tartályok, és a falakon is megtalálhatók az otthoni fűtési rendszerek szabályozására.

A lánctalpas típusok jellemzően bimetál tekercsekből vagy spirálokból állnak, amelyek lassan kibontakoznak vagy tekercselődnek a hőmérséklet változásával. Általánosságban szólva, A lánctalpas típusú bimetál szalagok érzékenyebbek a hőmérséklet-változásokra, mint a hagyományos be-/kikapcsoló típusok, mivel a csíkok hosszabbak és vékonyabbak, ideálissá teszi őket hőmérőkhöz és számlapokhoz, stb.

3. Termisztor
A termisztorok általában kerámia anyagokból készülnek, mint például a nikkel, üvegbe bevont mangán vagy kobalt-oxidok, amitől könnyen megsérülnek. Fő előnyük a snap-action típusokkal szemben, hogy milyen gyorsan reagálnak a hőmérséklet változásaira, pontosság és ismételhetőség.

A legtöbb termisztor negatív hőmérsékleti együtthatóval rendelkezik (NTC), ami azt jelenti, hogy ellenállásuk a hőmérséklet emelkedésével csökken. Viszont, vannak olyan termisztorok, amelyeknek pozitív hőmérsékleti együtthatója van (PTC) és ellenállásuk a hőmérséklettel nő.

Termisztor fizikai kép

A termisztorok besorolása szobahőmérsékleten való ellenállásuk alapján történik (általában 25 o C), időállandójuk (az az idő, amely alatt reagál a hőmérséklet változására), és teljesítményük a rajtuk átfolyó áramhoz viszonyítva. Mint az ellenállások, A termisztorok ellenállásértékei szobahőmérsékleten től ​​kezdve 10 megohmtól néhány ohmig, de érzékelési célokra jellemzően azokat a kiloohmban mért típusokat használják.

4. Hőmérséklet-érzékelő példa No1
A következő termisztor ellenállása 25°C-on 10KΩ, és az ellenállás értéke 100 ℃-on 100 Ω. Számítsa ki a feszültségesést a termisztoron, ha sorba kapcsolja egy 1kΩ-os ellenállással a kimeneti feszültség kiszámításához (Vout) a 12 V-os tápon mindkét hőmérsékleten.
Hőmérséklet-érzékelő példa diagram

Az R2 fix ellenállás értékének megváltoztatásával (1kΩ példánkban) potenciométerre vagy előre beállított értékre, egy előre meghatározott hőmérsékleti beállítási ponton feszültségkimenet érhető el, például 5V kimenet 60°C-on. És a potenciométer megváltoztatásával egy adott kimeneti feszültség eléréséhez szélesebb hőmérsékleti tartományban érhető el.

Viszont, meg kell jegyezni, hogy a termisztorok nemlineáris eszközök, és a különböző termisztorok standard ellenállásértékei szobahőmérsékleten eltérőek, főleg azért, mert félvezető anyagokból készülnek. A termisztorok exponenciálisan változnak a hőmérséklettel, ezért béta hőmérsékleti állandójuk van (b) amellyel bármely adott hőmérsékleti ponton ki lehet számítani az ellenállást.

Viszont, soros ellenállásokkal használva, például feszültségosztó hálózatban vagy Wheatstone-híd típusú elrendezésben. A feszültségosztó/híd hálózatra adott feszültség hatására kapott áram lineáris a hőmérséklettel. Az ellenálláson lévő kimeneti feszültség ezután lineárisan skálázódik a hőmérséklettel.