Kas yra temperatūros jutiklis?

Temperatūros jutiklis yra prietaisas, kuris matuoja, kiek objektas yra karštas ar šaltas, temperatūros matavimo teikimas elektros signalu skaitoma forma. Labiausiai paplitę yra termoporos ir šiluminių rezistorių temperatūros detektoriai.

Vandens temperatūros jutikliai

Kinijos temperatūros jutiklis

Duomenų centrų temperatūros jutiklių tipai

Šiandien šiuolaikinėje elektronikoje yra keturi pagrindiniai temperatūros jutikliai: Neigiamas temperatūros koeficientas (NTC) Termistoriai, Atsparumo temperatūros detektoriai (RTS), Termoelementai, ir puslaidininkių pagrįstas integruotas (IC) Jutikliai.
Temperatūros jutiklis yra prietaisas, paprastai, termopora arba varžos temperatūros detektorius, kuris suteikia temperatūros matavimą skaitoma forma per elektrinį signalą.
Termometras yra pagrindinė temperatūros matuoklio forma, naudojama karščio ir vėsumo laipsniui matuoti.

Temperatūros matuokliai naudojami geotechnikos srityje betonui stebėti, struktūros, dirvožemio, vandens, tiltai, ir tt. struktūriniams pokyčiams dėl sezoninių svyravimų.
Termopora (T/C) yra pagamintas iš dviejų skirtingų metalų, kurie generuoja elektros įtampą, tiesiogiai proporcingą temperatūros pokyčiui. MTTP (Atsparumo temperatūros detektorius) yra kintamasis rezistorius, kuris tiksliai keičia savo elektrinę varžą tiesiogiai proporcingai temperatūros pokyčiui, kartojamas, ir beveik tiesiniu būdu.

Mūsų kasdieniame gyvenime, dažnai turėtume matyti termometrus, Vandens šildytuvai, mikrobangų krosnelės, šaldytuvai, ir tt. Jie bus pritaikyti svarbiam įrenginiui – temperatūros jutikliui. Šis straipsnis supažindins su temperatūros jutikliais, temperatūros jutiklio principai, ir temperatūros jutiklių tipai.

Temperatūros jutiklio tipas:
Praktiniuose pritaikymuose, Yra daug temperatūros jutiklių, su skirtingomis charakteristikomis, atsižvelgiant į faktinį pritaikymą. Temperatūros jutikliai susideda iš dviejų pagrindinių fizinių tipų:
1. Kontaktinio temperatūros jutiklio tipas
Šio tipo temperatūros jutikliams reikalingas fizinis kontaktas su apčiuopiamu objektu ir naudojamas laidumas temperatūros pokyčiams stebėti. Jie gali būti naudojami kietosioms dalims aptikti, skysčius ar dujas plačiame temperatūrų diapazone.

2. Nekontaktinio temperatūros jutiklio tipas
Šio tipo temperatūros jutikliai naudoja konvekciją ir spinduliuotę temperatūros pokyčiams stebėti. Jie gali būti naudojami aptikti skysčius ir dujas, kurios skleidžia spinduliavimo energiją, kai šiluma kyla, o šaltis konvekcinėse srovėse nusėda apačioje., arba aptikti spinduliavimo energiją, perduodamą iš objektų infraraudonosios spinduliuotės pavidalu (saulė).
Kontaktiniai ir nekontaktiniai temperatūros jutikliai toliau klasifikuojami į šiuos temperatūros jutiklius.

Temperatūros jutiklio veikimo principas:
1. Termostatas
Termostatas yra kontaktinis temperatūros jutiklis, sudarytas iš bimetalinės juostelės, pagamintos iš dviejų skirtingų metalų, pavyzdžiui, aliuminio, vario, nikelio, arba volframas.

Dviejų metalų linijinio plėtimosi koeficientų skirtumas sukelia mechaninius lenkimo judesius kaitinant..

Tikras termostato vaizdas

2. Bimetalinis termostatas
Termostatas susideda iš dviejų skirtingų šilumos lygių metalų, suklijuotų viena prie kitos. Kai oras šaltas, kontaktai užsidaro ir srovė teka per termostatą. Kai įkaista, vienas metalas plečiasi labiau nei kitas, o surištos bimetalinės juostelės lenkia aukštyn (arba žemyn), atidaryti kontaktus ir užkirsti kelią elektros srovei.

Bimetalinio termostato fizinis vaizdas

Yra du pagrindiniai bimetalinių juostų tipai, pirmiausia pagrįsti jų judėjimu, kai juos veikia temperatūros pokyčiai. Yra „spustelėjimo“ tipų, kurie sukuria momentinį „įjungimo/išjungimo“ arba „išjungimo/įjungimo“ tipo veiksmą elektros kontaktams esant nustatytam temperatūros taškui., ir lėtesni „šliaužimo“ tipai, kurie palaipsniui keičia savo padėtį keičiantis temperatūrai .
Bimetalinio termostato veikimo principo schema

Greitai veikiantys termostatai dažniausiai naudojami mūsų namuose, norint valdyti orkaitės temperatūros nustatymo taškus, lygintuvai, panardinami karšto vandens rezervuarai, taip pat juos galima rasti ant sienų, kad būtų galima valdyti namų šildymo sistemas.

Vikšrinio tipo vikšrai paprastai susideda iš bimetalinių ritinių arba spiralių, kurios lėtai išsiskleidžia arba susisuka keičiantis temperatūrai.. Paprastai kalbant, vikšrinio tipo bimetalinės juostelės yra jautresnės temperatūros pokyčiams nei standartinės užsegamos / išjungiamos, nes juostelės yra ilgesnės ir plonesnės, todėl jie idealiai tinka naudoti termometruose ir ciferblatuose, ir tt.

3. Termistorius
Termistoriai dažniausiai gaminami iš keraminių medžiagų, tokių kaip nikelis, mangano arba kobalto oksidai, padengti stiklu, todėl jie lengvai pažeidžiami. Pagrindinis jų pranašumas, palyginti su greito veikimo tipais, yra tai, kaip greitai jie reaguoja į bet kokius temperatūros pokyčius, tikslumas ir pakartojamumas.

Dauguma termistorių turi neigiamą temperatūros koeficientą (NTC), o tai reiškia, kad jų atsparumas mažėja kylant temperatūrai. Tačiau, Yra keletas termistorių, kurie turi teigiamą temperatūros koeficientą (PTC) o jų atsparumas didėja didėjant temperatūrai.

Termistoriaus fizinis vaizdas

Termistoriai vertinami pagal jų varžą kambario temperatūroje (paprastai 25 o C), jų laiko konstanta (laikas, per kurį reaguojama į temperatūros pokyčius), ir jų galia, palyginti su jais tekančia srove. Kaip rezistoriai, termistoriai turi varžos vertes kambario temperatūroje nuo 10 megomų iki kelių omų, bet jutimo tikslais paprastai naudojami tie tipai, matuojami kiloomais.

4. Temperatūros jutiklio pavyzdys Nr.1
Šio termistoriaus varžos vertė esant 25 ℃ yra 10KΩ, o varžos vertė esant 100 ℃ yra 100 Ω. Apskaičiuokite įtampos kritimą per termistorių, kai jis yra nuosekliai sujungtas su 1kΩ rezistoriumi, kad apskaičiuotumėte išėjimo įtampą (Vout) per 12v tiekimą esant abiem temperatūroms.
Temperatūros jutiklio diagramos pavyzdys

Keičiant fiksuotą R2 rezistoriaus reikšmę (1kΩ mūsų pavyzdyje) iki potenciometro arba iš anksto nustatytos vertės, išėjimo įtampą galima gauti esant iš anksto nustatytam temperatūros taškui, pavyzdžiui, 5v išvestis 60°C temperatūroje. Ir pakeitus potenciometrą, kad gautumėte konkretų išėjimo įtampos lygį, jį galima gauti platesniame temperatūros diapazone.

Tačiau, reikia pažymėti, kad termistoriai yra netiesiniai įrenginiai, o skirtingų termistorių standartinės varžos vertės kambario temperatūroje skiriasi, daugiausia todėl, kad jie pagaminti iš puslaidininkinių medžiagų. Termistoriai kinta eksponentiškai priklausomai nuo temperatūros, todėl jų beta temperatūros konstanta (b) kuris gali būti naudojamas apskaičiuoti atsparumą bet kuriame temperatūros taške.

Tačiau, kai naudojamas su serijiniais rezistoriais, pvz., įtampos skirstytuvo tinkle arba Vitstono tilto tipo įrengime. Srovė, gaunama reaguojant į įtampą, tiekiamą įtampos daliklio / tiltelio tinklui, yra tiesinė temperatūrai. Tada rezistoriaus išėjimo įtampa tiesiškai keičiasi su temperatūra.