Co to jest czujnik temperatury?

Czujnik temperatury to urządzenie, które mierzy, jak gorący lub zimny jest obiekt, zapewnienie pomiaru temperatury za pomocą sygnału elektrycznego w czytelnej formie. Najpopularniejsze z nich to termopary i czujniki temperatury z rezystorem termicznym.

Czujniki temperatury wody

Chińskie czujnik temperatury

Rodzaje czujników temperatury dla centrów danych

Obecnie we współczesnej elektronice stosuje się cztery główne czujniki temperatury: Ujemny współczynnik temperatury (NTC) termistory, Detektory temperatury oporności (BRT), termopary, oraz zintegrowane półprzewodnikowe (Ic) czujniki.
Czujnik temperatury jest urządzeniem, zazwyczaj, termopara lub rezystancyjny czujnik temperatury, zapewniający pomiar temperatury w czytelnej formie za pomocą sygnału elektrycznego.
Termometr to najbardziej podstawowa forma miernika temperatury, która służy do pomiaru stopnia gorąca i chłodu.

Mierniki temperatury są stosowane w geotechnice do monitorowania betonu, struktury, gleba, woda, mosty, itp. zmian strukturalnych wynikających z wahań sezonowych.
Termopara (Regulamin) jest wykonany z dwóch różnych metali, które wytwarzają napięcie elektryczne wprost proporcjonalne do zmiany temperatury. BRT (Rezystancyjny czujnik temperatury) jest rezystorem zmiennym, który zmienia swój opór elektryczny wprost proporcjonalnie do zmiany temperatury, powtarzalne, i niemal liniowy sposób.

W naszym codziennym życiu, często powinniśmy widzieć termometry, podgrzewacze wody, kuchenki mikrofalowe, lodówki, itp. Zostaną one zastosowane do ważnego urządzenia – czujnika temperatury. W tym artykule przedstawimy Państwu czujniki temperatury, zasady czujników temperatury, i rodzaje czujników temperatury.

Typ czujnika temperatury:
W praktycznych zastosowaniach, dostępnych jest wiele czujników temperatury, o różnych właściwościach w zależności od rzeczywistego zastosowania. Czujniki temperatury składają się z dwóch podstawowych typów fizycznych:
1. Typ kontaktowego czujnika temperatury
Tego typu czujniki temperatury wymagają fizycznego kontaktu z wykrywanym obiektem i wykorzystują przewodzenie do monitorowania zmian temperatury. Można ich używać do wykrywania ciał stałych, cieczy lub gazów w szerokim zakresie temperatur.

2. Typ bezdotykowego czujnika temperatury
Tego typu czujniki temperatury wykorzystują konwekcję i promieniowanie do monitorowania zmian temperatury. Można ich używać do wykrywania cieczy i gazów, które emitują energię promieniowania w miarę wzrostu ciepła, a zimno osiada na dnie w prądach konwekcyjnych, lub do wykrywania energii promieniowania transmitowanej przez obiekty w postaci promieniowania podczerwonego (słoneczny).
Kontaktowe i bezdotykowe czujniki temperatury można dalej podzielić na następujące czujniki temperatury.

Zasada działania czujnika temperatury:
1. Termostat
Termostat to kontaktowy czujnik temperatury składający się z bimetalicznego paska wykonanego z dwóch różnych metali, takie jak aluminium, miedź, nikiel, lub wolfram.

Różnica we współczynnikach rozszerzalności liniowej obu metali powoduje, że pod wpływem ogrzewania ulegają one mechanicznym ruchom zginającym.

Rzeczywiste zdjęcie termostatu

2. Termostat bimetaliczny
Termostat składa się z dwóch metali o różnym poziomie ciepła sklejonych ze sobą tyłem. Kiedy jest zimno, styki zamykają się i prąd przepływa przez termostat. Gdy się nagrzeje, jeden metal rozszerza się bardziej niż drugi, a połączone paski bimetaliczne wyginają się do góry (lub w dół), rozwarcie styków i uniemożliwienie przepływu prądu.

Obraz fizyczny termostatu bimetalicznego

Istnieją dwa główne typy pasków bimetalicznych, opiera się przede wszystkim na ich ruchu pod wpływem zmian temperatury. Istnieją typy „migające”, które powodują natychmiastowe działanie typu „włącz/wyłącz” lub „wyłącz/włącz” na stykach elektrycznych w zadanym punkcie temperatury, i wolniejsze typy „pełzające”, które stopniowo zmieniają swoje położenie wraz ze zmianami temperatury .
Schemat działania termostatu bimetalicznego

Termostaty migowe są powszechnie stosowane w naszych domach do kontrolowania nastaw temperatury piekarników, okowy, zanurzeniowe zbiorniki na ciepłą wodę, Można je również znaleźć na ścianach, aby sterować domowymi systemami grzewczymi.

Typy gąsienic składają się zazwyczaj z bimetalicznych cewek lub spiral, które powoli rozwijają się lub zwijają wraz ze zmianą temperatury. Ogólnie mówiąc, paski bimetaliczne typu gąsienicowego są bardziej wrażliwe na zmiany temperatury niż standardowe typy zatrzaskowe, ponieważ paski są dłuższe i cieńsze, dzięki czemu idealnie nadają się do stosowania na termometrach i tarczach, itp.

3. Termistor
Termistory są zwykle wykonane z materiałów ceramicznych, takie jak nikiel, tlenki manganu lub kobaltu platerowane szkłem, co sprawia, że ​​łatwo je uszkodzić. Ich główną zaletą w porównaniu z typami zatrzaskowymi jest to, jak szybko reagują na wszelkie zmiany temperatury, dokładność i powtarzalność.

Większość termistorów ma ujemny współczynnik temperaturowy (NTC), co oznacza, że ​​ich opór maleje wraz ze wzrostem temperatury. Jednakże, istnieją pewne termistory, które mają dodatni współczynnik temperaturowy (PTC) a ich rezystancja rośnie wraz ze wzrostem temperatury.

Obraz fizyczny termistora

Termistory są oceniane na podstawie ich rezystancji w temperaturze pokojowej (zazwyczaj 25 o C), ich stała czasowa (czas potrzebny na reakcję na zmianę temperatury), oraz ich moc znamionową w stosunku do przepływającego przez nie prądu. Podobnie jak rezystory, termistory mają wartość rezystancji w temperaturze pokojowej w zakresie od 10 megaomów do kilku omów, ale do celów czujnikowych zwykle używa się typów mierzonych w kiloomach.

4. Przykład czujnika temperatury nr 1
Wartość rezystancji następującego termistora przy 25℃ wynosi 10KΩ, a wartość rezystancji przy 100 ℃ wynosi 100 Ω. Oblicz spadek napięcia na termistorze połączonym szeregowo z rezystorem 1 kΩ, aby obliczyć napięcie wyjściowe (Vout) przez zasilanie 12 V w obu temperaturach.
Przykładowy schemat czujnika temperatury

Zmieniając stałą wartość rezystora R2 (1kΩ w naszym przykładzie) do potencjometru lub ustawionej wartości, napięcie wyjściowe można uzyskać przy wcześniej określonej wartości zadanej temperatury, na przykład wyjście 5 V przy 60°C. Zmieniając potencjometr, aby uzyskać określony poziom napięcia wyjściowego, można je uzyskać w szerszym zakresie temperatur.

Jednakże, należy zauważyć, że termistory są urządzeniami nieliniowymi, a standardowe wartości rezystancji różnych termistorów w temperaturze pokojowej są różne, głównie dlatego, że są wykonane z materiałów półprzewodnikowych. Termistory zmieniają się wykładniczo wraz z temperaturą i dlatego mają stałą temperatury Beta (B) które można wykorzystać do obliczenia rezystancji w dowolnym punkcie temperatury.

Jednakże, w przypadku stosowania z rezystorami szeregowymi, na przykład w sieci dzielnika napięcia lub w układzie typu mostka Wheatstone'a. Prąd uzyskany w odpowiedzi na napięcie przyłożone do sieci dzielnika napięcia/mostka jest liniowy w zależności od temperatury. Napięcie wyjściowe na rezystorze skaluje się następnie liniowo wraz z temperaturą.