Kas ir temperatūras sensors?

Temperatūras sensors ir ierīce, kas mēra objekta karstumu vai aukstumu, temperatūras mērījumu nodrošināšana, izmantojot elektrisku signālu lasāmā formā. Visizplatītākie ir termopāri un termisko rezistoru temperatūras detektori.

Ūdens temperatūras sensori

Ķīnas temperatūras sensors

Temperatūras sensoru veidi datu centriem

Mūsdienu elektronikā šodien tiek izmantoti četri galvenie temperatūras sensori: Negatīva temperatūras koeficients (NTC) termistori, pretestības temperatūras detektori (RTS), termopāri, un pusvadītāju bāzes integrēts (IC) sensori.
Temperatūras sensors ir ierīce, parasti, termopāra vai pretestības temperatūras detektors, kas nodrošina temperatūras mērīšanu nolasāmā veidā ar elektriska signāla palīdzību.
Termometrs ir visvienkāršākā temperatūras mērītāja forma, ko izmanto karstuma un vēsuma pakāpes mērīšanai.

Temperatūras mērītājus izmanto ģeotehniskajā jomā, lai uzraudzītu betonu, struktūras, augsne, ūdens, tilti, utt.. strukturālām izmaiņām sezonālu izmaiņu dēļ.
Termopāris (T/C) ir izgatavots no diviem atšķirīgiem metāliem, kas rada elektrisko spriegumu tieši proporcionāli temperatūras izmaiņām. RTD (Pretestības temperatūras detektors) ir mainīgs rezistors, kas maina savu elektrisko pretestību tieši proporcionāli temperatūras izmaiņām, atkārtojams, un gandrīz lineārā veidā.

Mūsu ikdienas dzīvē, mums bieži vajadzētu redzēt termometrus, ūdens sildītāji, mikroviļņu krāsnis, ledusskapji, utt.. Tie tiks piemēroti svarīgai ierīcei - temperatūras sensoram. Šis raksts iepazīstinās jūs ar temperatūras sensoriem, temperatūras sensora principi, un temperatūras sensoru veidi.

Temperatūras sensora tips:
Praktiskajos lietojumos, ir pieejami daudzi temperatūras sensori, ar dažādiem raksturlielumiem atbilstoši faktiskajam lietojumam. Temperatūras sensori sastāv no diviem pamata fiziskajiem veidiem:
1. Kontakta temperatūras sensora tips
Šāda veida temperatūras sensoriem ir nepieciešams fizisks kontakts ar uztveramo objektu un izmanto vadītspēju, lai uzraudzītu temperatūras izmaiņas. Tos var izmantot, lai noteiktu cietās vielas, šķidrumi vai gāzes plašā temperatūras diapazonā.

2. Bezkontakta temperatūras sensora tips
Šāda veida temperatūras sensori izmanto konvekciju un starojumu, lai uzraudzītu temperatūras izmaiņas. Tos var izmantot, lai noteiktu šķidrumus un gāzes, kas izstaro starojuma enerģiju, kad siltums paceļas un aukstums konvekcijas strāvās nosēžas apakšā., vai noteikt starojuma enerģiju, kas tiek pārraidīta no objektiem infrasarkanā starojuma veidā (saule).
Kontakta un bezkontakta temperatūras sensori tālāk tiek klasificēti šādos temperatūras sensoros.

Temperatūras sensora princips:
1. Termostats
Termostats ir kontakta temperatūras sensors, kas sastāv no bimetāla sloksnes, kas izgatavota no diviem dažādiem metāliem, piemēram, alumīnijs, varš, niķelis, vai volframs.

Abu metālu lineāro izplešanās koeficientu atšķirības izraisa to mehāniskās lieces kustības, kad tie tiek karsēti..

Faktiskais termostata attēls

2. Bimetāla termostats
Termostats sastāv no diviem metāliem ar dažādiem siltuma līmeņiem, kas salīmēti kopā ar aizmuguri. Kad laiks ir auksts, kontakti aizveras un strāva plūst caur termostatu. Tā kā tas uzsilst, viens metāls izplešas vairāk nekā otrs, un savienotās bimetāla sloksnes noliecas uz augšu (vai uz leju), atverot kontaktus un novēršot elektrības plūsmu.

Bimetāla termostata fiziskais attēls

Ir divi galvenie bimetāla sloksņu veidi, galvenokārt balstās uz to kustību temperatūras izmaiņu laikā. Ir “snap-darbības” veidi, kas rada momentānu “ieslēgts/izslēgts” vai “izslēgts/ieslēgts” tipa darbību uz elektriskajiem kontaktiem noteiktā temperatūras punktā., un lēnāki “šļūdes” veidi, kas pakāpeniski maina savu pozīciju, mainoties temperatūrai .
Bimetāla termostata darbības principa diagramma

Snap-darbības termostatus parasti izmanto mūsu mājās, lai kontrolētu cepeškrāsns temperatūras iestatījumus, gludekļi, iegremdējamās karstā ūdens tvertnes, un tos var atrast arī uz sienām, lai kontrolētu mājas apkures sistēmas.

Kāpurķēžu tipi parasti sastāv no bimetāla spolēm vai spirālēm, kas, mainoties temperatūrai, lēnām izvēršas vai saritinās.. Vispārīgi runājot, kāpurķēžu stila bimetāla sloksnes ir jutīgākas pret temperatūras izmaiņām nekā standarta ieslēgšanas/izslēgšanas veidi, jo sloksnes ir garākas un plānākas, padarot tos ideāli piemērotus termometriem un ciparnīcām, utt..

3. Termistors
Termistori parasti ir izgatavoti no keramikas materiāliem, piemēram, niķelis, mangāna vai kobalta oksīdi, kas pārklāti ar stiklu, kas padara tās viegli sabojājamas. To galvenā priekšrocība salīdzinājumā ar ātrās darbības veidiem ir tas, cik ātri tie reaģē uz jebkādām temperatūras izmaiņām, precizitāte un atkārtojamība.

Lielākajai daļai termistoru ir negatīvs temperatūras koeficients (NTC), kas nozīmē, ka to pretestība samazinās, paaugstinoties temperatūrai. Lai arī, ir daži termistori, kuriem ir pozitīvs temperatūras koeficients (Ptc) un to pretestība palielinās līdz ar temperatūru.

Termistora fiziskais attēls

Termistori tiek novērtēti, pamatojoties uz to pretestību istabas temperatūrā (parasti 25 o C), to laika konstante (laiks, kas nepieciešams, lai reaģētu uz temperatūras izmaiņām), un to jaudas reitings attiecībā pret strāvu, kas plūst caur tām. Tāpat kā rezistori, termistoru pretestības vērtības istabas temperatūrā svārstās no 10 megohms līdz dažiem omiem, bet sensoru nolūkos parasti tiek izmantoti kiloohos mērītie veidi.

4. Temperatūras sensora piemērs Nr.1
Sekojošā termistora pretestības vērtība pie 25℃ ir 10KΩ, un pretestības vērtība pie 100 ℃ ir 100 Ω. Aprēķiniet sprieguma kritumu termistoram, kad tas ir ievietots virknē ar 1kΩ rezistoru, lai aprēķinātu izejas spriegumu (Vout) pāri 12 V barošanai abās temperatūrās.
Temperatūras sensora piemēra diagramma

Mainot fiksēto rezistora vērtību R2 (1kΩ mūsu piemērā) uz potenciometru vai iepriekš iestatīto vērtību, sprieguma izvadi var iegūt iepriekš noteiktā temperatūras iestatījuma punktā, piemēram, 5v izeja pie 60°C. Un mainot potenciometru, lai iegūtu noteiktu izejas sprieguma līmeni, to var iegūt plašākā temperatūras diapazonā.

Lai arī, jāatzīmē, ka termistori ir nelineāras ierīces, un dažādu termistoru standarta pretestības vērtības istabas temperatūrā ir atšķirīgas, galvenokārt tāpēc, ka tie ir izgatavoti no pusvadītāju materiāliem. Termistori mainās eksponenciāli līdz ar temperatūru, un tāpēc tiem ir Beta temperatūras konstante (b) ko var izmantot, lai aprēķinātu pretestību jebkurā noteiktā temperatūras punktā.

Lai arī, ja to izmanto ar sērijas rezistoriem, piemēram, sprieguma dalītāju tīklā vai Vitstonas tilta tipa izkārtojumā. Strāva, kas iegūta, reaģējot uz spriegumu, kas pievadīts sprieguma dalītājam/tilta tīklam, ir lineāra temperatūrai. Izejas spriegums pāri rezistoram pēc tam lineāri mainās atkarībā no temperatūras.