Hva er en temperatursensor?

En temperatursensor er en enhet som måler hvor varmt eller kaldt et objekt er, å gi en temperaturmåling gjennom et elektrisk signal i en lesbar form. De mer vanlige er termoelementer og termiske motstandstemperaturdetektorer.

Vanntemperatursensorer

Kina temperatursensor

Typer temperatursensorer for datasentre

Det er fire hovedtemperatursensorer som brukes i dag i moderne elektronikk: Negativ temperaturkoeffisient (NTC) termistorer, Motstandstemperaturdetektorer (RTS), termoelementer, og halvlederbasert integrert (IC) sensorer.
En temperatursensor er en enhet, typisk, et termoelement eller motstandstemperaturdetektor, som gir temperaturmåling i en lesbar form gjennom et elektrisk signal.
Et termometer er den mest grunnleggende formen for en temperaturmåler som brukes til å måle graden av varmhet og kjølighet.

Temperaturmålere brukes i det geotekniske feltet for å overvåke betong, strukturer, jord, vann, broer, osv. for strukturelle endringer på grunn av sesongvariasjoner.
Et termoelement (T/C) er laget av to forskjellige metaller som genererer en elektrisk spenning i direkte proporsjon med endringen i temperaturen. En RTD (Motstandstemperaturdetektor) er en variabel motstand som endrer sin elektriske motstand i direkte proporsjon med endringen i temperaturen i en presis, repeterbar, og nesten lineær måte.

I vårt daglige liv, vi bør ofte se termometre, varmtvannsberedere, mikrobølgeovner, kjøleskap, osv. Disse vil bli brukt på en viktig enhet - temperatursensoren. Denne artikkelen vil introdusere deg temperatursensorer, temperatursensorprinsipper, og typer temperatursensorer.

Type temperaturføler:
I praktiske applikasjoner, det er mange temperatursensorer tilgjengelig, med forskjellige egenskaper i henhold til den faktiske applikasjonen. Temperatursensorer består av to grunnleggende fysiske typer:
1. Kontakt temperaturføler type
Disse typer temperatursensorer krever fysisk kontakt med objektet som detekteres og bruker ledning for å overvåke temperaturendringer. De kan brukes til å oppdage faste stoffer, væsker eller gasser over et bredt temperaturområde.

2. Berøringsfri temperaturfølertype
Disse typer temperatursensorer bruker konveksjon og stråling for å overvåke temperaturendringer. De kan brukes til å oppdage væsker og gasser som sender ut strålingsenergi når varme stiger og kulde legger seg til bunnen i konveksjonsstrømmer, eller for å oppdage strålingsenergi som overføres fra objekter i form av infrarød stråling (sol).
Kontakt- og berøringsfrie temperaturfølere er videre klassifisert i følgende temperaturfølere.

Prinsippet om temperatursensor:
1. Termostat
En termostat er en kontakttemperaturføler som består av en bimetalllist laget av to forskjellige metaller, som aluminium, kopper, nikkel, eller wolfram.

Forskjellen i de lineære ekspansjonskoeffisientene til de to metallene får dem til å gjennomgå mekaniske bøyebevegelser når de varmes opp.

Faktisk bilde av termostaten

2. Bimetall termostat
En termostat består av to metaller med ulike varmenivåer limt sammen rygg mot rygg. Når været er kaldt, kontaktene lukkes og det går strøm gjennom termostaten. Når det varmes opp, det ene metallet utvider seg mer enn det andre, og de bundne bimetallstrimlene bøyer seg oppover (eller nedover), åpne kontaktene og hindre strøm av elektrisitet.

Fysisk bilde av bimetalltermostat

Det er to hovedtyper av bimetallstrimler, hovedsakelig basert på deres bevegelse når de utsettes for temperaturendringer. Det er "snap-action"-typer som produserer en øyeblikkelig "på/av" eller "av/på" type handling på de elektriske kontaktene ved et innstilt temperaturpunkt, og langsommere "kryp"-typer som gradvis endrer posisjon etter hvert som temperaturen endres .
Bimetall termostat arbeidsprinsippdiagram

Snapvirkende termostater brukes ofte i våre hjem for å kontrollere temperaturinnstillingspunktene til ovner, strykejern, senkevannstanker, og de kan også finnes på vegger for å kontrollere hjemmevarmesystemer.

Crawler-typer består vanligvis av bimetalliske spoler eller spiraler som sakte utfolder seg eller spoler seg etter hvert som temperaturen endres. Generelt sett, bimetallstrimler i beltestil er mer følsomme for temperaturendringer enn standard trykk-på/av-typer fordi strimlene er lengre og tynnere, gjør dem ideelle for bruk på termometre og skiver, osv.

3. Termistor
Termistorer er vanligvis laget av keramiske materialer, som nikkel, mangan- eller koboltoksider belagt i glass, som gjør dem lett skadet. Deres største fordel fremfor snap-action-typer er hvor raskt de reagerer på endringer i temperaturen, nøyaktighet og repeterbarhet.

De fleste termistorer har en negativ temperaturkoeffisient (NTC), som betyr at motstanden reduseres når temperaturen øker. Imidlertid, det er noen termistorer som har en positiv temperaturkoeffisient (PTC) og motstanden deres øker med temperaturen.

Termistor fysisk bilde

Termistorer er vurdert basert på deres motstand ved romtemperatur (vanligvis 25 o C), deres tidskonstant (tiden det tar å reagere på en temperaturendring), og deres effektklassifisering i forhold til strømmen som flyter gjennom dem. Som motstander, termistorer har motstandsverdier ved romtemperatur fra 10 megohm til noen få ohm, men for sanseformål brukes vanligvis de typene målt i kiloohm.

4. Temperaturføler eksempel No1
Motstandsverdien til følgende termistor ved 25℃ er 10KΩ, og motstandsverdien ved 100℃ er 100Ω. Beregn spenningsfallet over termistoren når den plasseres i serie med en 1kΩ motstand for å beregne utgangsspenningen (Vout) over 12v-tilførselen ved begge temperaturer.
Eksempeldiagram for temperaturføler

Ved å endre den faste motstandsverdien til R2 (1kΩ i vårt eksempel) til et potensiometer eller forhåndsinnstilt verdi, en spenningsutgang kan oppnås ved et forhåndsbestemt temperatursettpunkt, for eksempel en 5v utgang ved 60°C. Og ved å endre potensiometeret for å få et spesifikt utgangsspenningsnivå kan det oppnås over et bredere temperaturområde.

Imidlertid, det skal bemerkes at termistorer er ikke-lineære enheter, og standard motstandsverdier for forskjellige termistorer ved romtemperatur er forskjellige, hovedsakelig fordi de er laget av halvledermaterialer. Termistorer endres eksponentielt med temperaturen og har derfor en Beta-temperaturkonstant (b) som kan brukes til å beregne motstand ved et gitt temperaturpunkt.

Imidlertid, når den brukes med seriemotstander, for eksempel i et spenningsdelernettverk eller et arrangement av typen Wheatstone-bro. Strømmen oppnådd som svar på spenningen påført spenningsdeler/bro-nettverket er lineær med temperaturen. Utgangsspenningen over motstanden skaleres deretter lineært med temperaturen.