Wat is een temperatuursensor?

Een temperatuursensor is een apparaat dat meet hoe warm of koud een object is, het verschaffen van een temperatuurmeting door middel van een elektrisch signaal in leesbare vorm. De meest voorkomende zijn thermokoppels en temperatuurdetectoren met thermische weerstand.

Watertemperatuursensoren

China temperatuursensor

Soorten temperatuursensoren voor datacenters

Er worden vandaag vier hoofdtemperatuursensoren gebruikt in de moderne elektronica: Negatieve temperatuurcoëfficiënt (NTC) thermistoren, weerstand temperatuur detectoren (RTD's), thermokoppels, en op halfgeleiders gebaseerd geïntegreerd (IC) sensoren.
Een temperatuursensor is een apparaat, typisch, een thermokoppel- of weerstandstemperatuurdetector, dat zorgt voor temperatuurmeting in een leesbare vorm via een elektrisch signaal.
Een thermometer is de meest eenvoudige vorm van een temperatuurmeter die wordt gebruikt om de mate van warmte en koelte te meten.

Temperatuurmeters worden op geotechnisch gebied gebruikt om beton te monitoren, structuren, bodem, water, bruggen, enz. voor structurele veranderingen als gevolg van seizoensvariaties.
Een thermokoppel (T/C) is gemaakt van twee ongelijksoortige metalen die een elektrische spanning genereren die direct evenredig is aan de temperatuurverandering. Een RTD (Weerstand temperatuurdetector) is een variabele weerstand waarvan de elektrische weerstand in directe verhouding staat tot de verandering in de temperatuur, herhaalbaar, en bijna lineaire manier.

In ons dagelijks leven, we zouden vaak thermometers moeten zien, waterverwarmers, magnetrons, koelkasten, enz. Deze zullen worden toegepast op een belangrijk apparaat: de temperatuursensor. In dit artikel maak je kennis met temperatuursensoren, Principes van temperatuursensoren, en soorten temperatuursensoren.

Type temperatuursensor:
In praktische toepassingen, Er zijn veel temperatuursensoren beschikbaar, met verschillende kenmerken afhankelijk van de daadwerkelijke toepassing. Temperatuursensoren bestaan ​​uit twee fysieke basistypen:
1. Type contacttemperatuursensor
Dit soort temperatuursensoren vereisen fysiek contact met het waargenomen object en gebruiken geleiding om temperatuurveranderingen te monitoren. Ze kunnen worden gebruikt om vaste stoffen te detecteren, vloeistoffen of gassen over een breed temperatuurbereik.

2. Contactloos type temperatuursensor
Dit soort temperatuursensoren gebruiken convectie en straling om temperatuurveranderingen te monitoren. Ze kunnen worden gebruikt om vloeistoffen en gassen te detecteren die stralingsenergie uitstralen wanneer de hitte opstijgt en de kou in convectiestromen naar de bodem zakt, of om stralingsenergie te detecteren die door objecten wordt uitgezonden in de vorm van infraroodstraling (zon).
Contact- en contactloze temperatuursensoren worden verder onderverdeeld in de volgende temperatuursensoren.

Het principe van temperatuursensor:
1. Thermostaat
Een thermostaat is een contacttemperatuursensor die bestaat uit een bimetaalstrip gemaakt van twee verschillende metalen, zoals aluminium, koper, nikkel, of wolfraam.

Het verschil in de lineaire uitzettingscoëfficiënten van de twee metalen zorgt ervoor dat ze bij verhitting mechanische buigbewegingen ondergaan.

Werkelijke afbeelding van de thermostaat

2. Bimetaal thermostaat
Een thermostaat bestaat uit twee metalen met verschillende warmteniveaus die rug aan rug aan elkaar zijn gelijmd. Als het koud is, de contacten sluiten en er stroomt stroom door de thermostaat. Terwijl het warmer wordt, het ene metaal zet meer uit dan het andere, en de gebonden bimetaalstrips buigen naar boven (of naar beneden), het openen van de contacten en het voorkomen van de stroom van elektriciteit.

Bimetaalthermostaat fysiek beeld

Er zijn twee hoofdtypen bimetaalstrips, voornamelijk gebaseerd op hun beweging bij blootstelling aan temperatuurveranderingen. Er zijn ‘snap-action’-types die een onmiddellijke ‘aan/uit’- of ‘uit/aan’-actie produceren op de elektrische contacten op een ingesteld temperatuurpunt, en langzamere “kruip”-types die geleidelijk hun positie veranderen als de temperatuur verandert .
Bimetaalthermostaat werkingsprincipediagram

Snap-acting thermostaten worden vaak in onze huizen gebruikt om de temperatuurinstelpunten van ovens te regelen, strijkijzers, dompelwarmwatertanks, en ze zijn ook te vinden op muren om verwarmingssystemen in huis te regelen.

Crawler-typen bestaan ​​doorgaans uit bimetaalspoelen of spiralen die zich langzaam ontvouwen of oprollen als de temperatuur verandert. Over het algemeen, Bimetaalstrips in rupsstijl zijn gevoeliger voor temperatuurveranderingen dan standaard op- en afklikbare typen, omdat de strips langer en dunner zijn, waardoor ze ideaal zijn voor gebruik op thermometers en wijzerplaten, enz.

3. Thermistor
Thermistoren zijn meestal gemaakt van keramische materialen, zoals nikkel, mangaan- of kobaltoxiden geplateerd in glas, waardoor ze gemakkelijk beschadigd raken. Hun belangrijkste voordeel ten opzichte van typen met klikactie is hoe snel ze reageren op eventuele temperatuurveranderingen, nauwkeurigheid en herhaalbaarheid.

De meeste thermistors hebben een negatieve temperatuurcoëfficiënt (NTC), wat betekent dat hun weerstand afneemt naarmate de temperatuur stijgt. Echter, Er zijn enkele thermistors die een positieve temperatuurcoëfficiënt hebben (PTC) en hun weerstand neemt toe met de temperatuur.

Thermistor fysiek beeld

Thermistors worden beoordeeld op basis van hun weerstand bij kamertemperatuur (gebruikelijk 25 o C), hun tijdconstante (de tijd die nodig is om te reageren op een temperatuurverandering), en hun vermogen in verhouding tot de stroom die er doorheen vloeit. Zoals weerstanden, thermistors hebben weerstandswaarden bij kamertemperatuur variërend van 10 megaohm tot een paar ohm, maar voor detectiedoeleinden worden doorgaans de typen gemeten in kilo-ohm gebruikt.

4. Temperatuursensor voorbeeld nr. 1
De weerstandswaarde van de volgende thermistor bij 25℃ is 10KΩ, en de weerstandswaarde bij 100℃ is 100Ω. Bereken de spanningsval over de thermistor wanneer deze in serie is geplaatst met een weerstand van 1 kΩ om de uitgangsspanning te berekenen (Vuit) over de 12V-voeding bij beide temperaturen.
Voorbeelddiagram temperatuursensor

Door de vaste weerstandswaarde van R2 te veranderen (1kΩ in ons voorbeeld) op een potentiometer of een vooraf ingestelde waarde, er kan een uitgangsspanning worden verkregen bij een vooraf bepaald temperatuurinstelpunt, bijvoorbeeld een 5v-uitgang bij 60°C. En door de potentiometer te veranderen om een ​​specifiek uitgangsspanningsniveau te verkrijgen, kan dit over een groter temperatuurbereik worden verkregen.

Echter, Opgemerkt moet worden dat thermistors niet-lineaire apparaten zijn, en de standaardweerstandswaarden van verschillende thermistors bij kamertemperatuur zijn verschillend, vooral omdat ze zijn gemaakt van halfgeleidermaterialen. Thermistoren veranderen exponentieel met de temperatuur en hebben daarom een ​​bèta-temperatuurconstante (B) die kan worden gebruikt om de weerstand op elk bepaald temperatuurpunt te berekenen.

Echter, bij gebruik met serieweerstanden, zoals in een spanningsdelernetwerk of een Wheatstone-brugtype opstelling. De stroom die wordt verkregen als reactie op de spanning die wordt aangelegd op het spanningsdeler/brugnetwerk is lineair met de temperatuur. De uitgangsspanning over de weerstand schaalt vervolgens lineair met de temperatuur.