O que é um sensor de temperatura?

Um sensor de temperatura é um dispositivo que mede o quão quente ou frio um objeto está, fornecer uma medição de temperatura através de um sinal elétrico em um formato legível. Os mais comuns são termopares e detectores de temperatura com resistores térmicos..

Sensores de temperatura da água

Sensor de temperatura da China

Tipos de sensores de temperatura para data centers

Existem quatro sensores de temperatura principais usados ​​hoje em eletrônicos modernos: Coeficiente de temperatura negativo (NTC) termistores, detectores de temperatura de resistência (IDT), termopares, e integrado baseado em semicondutores (Ic) sensores.
Um sensor de temperatura é um dispositivo, tipicamente, um termopar ou detector de temperatura de resistência, que fornece medição de temperatura de forma legível através de um sinal elétrico.
Um termômetro é a forma mais básica de medidor de temperatura usado para medir o grau de calor e frio.

Medidores de temperatura são usados ​​na área geotécnica para monitorar concreto, estruturas, solo, água, pontes, etc.. para mudanças estruturais devido a variações sazonais.
Um termopar (T/C) é feito de dois metais diferentes que geram uma tensão elétrica em proporção direta à mudança de temperatura. Um IDT (Detector de temperatura de resistência) é um resistor variável que muda sua resistência elétrica em proporção direta à mudança na temperatura em um valor preciso., repetível, e quase linear.

Em nossas vidas diárias, deveríamos frequentemente ver termômetros, aquecedores de água, fornos de microondas, geladeiras, etc.. Estes serão aplicados a um dispositivo importante – o sensor de temperatura. Este artigo apresentará a você sensores de temperatura, princípios do sensor de temperatura, e tipos de sensores de temperatura.

Tipo de sensor de temperatura:
Em aplicações práticas, existem muitos sensores de temperatura disponíveis, com características diferentes de acordo com a aplicação real. Os sensores de temperatura consistem em dois tipos físicos básicos:
1. Tipo de sensor de temperatura de contato
Esses tipos de sensores de temperatura requerem contato físico com o objeto que está sendo detectado e usam condução para monitorar mudanças de temperatura. Eles podem ser usados ​​para detectar sólidos, líquidos ou gases em uma ampla faixa de temperatura.

2. Tipo de sensor de temperatura sem contato
Esses tipos de sensores de temperatura usam convecção e radiação para monitorar mudanças de temperatura. Eles podem ser usados ​​para detectar líquidos e gases que emitem energia radiante à medida que o calor aumenta e o frio se deposita no fundo em correntes de convecção., ou para detectar energia radiante transmitida de objetos na forma de radiação infravermelha (sol).
Sensores de temperatura com e sem contato são classificados nos seguintes sensores de temperatura.

O princípio do sensor de temperatura:
1. Termostato
Um termostato é um sensor de temperatura de contato que consiste em uma tira bimetálica feita de dois metais diferentes, como o alumínio, cobre, níquel, ou tungstênio.

A diferença nos coeficientes de expansão linear dos dois metais faz com que eles sofram movimentos mecânicos de flexão quando aquecidos..

Imagem real do termostato

2. Termostato bimetálico
Um termostato consiste em dois metais com diferentes níveis de calor colados costas com costas. Quando o tempo está frio, os contatos fecham e a corrente flui através do termostato. À medida que esquenta, um metal se expande mais que o outro, e as tiras bimetálicas coladas dobram-se para cima (ou para baixo), abrindo os contatos e impedindo o fluxo de eletricidade.

Imagem física do termostato bimetálico

Existem dois tipos principais de tiras bimetálicas, baseado principalmente em seu movimento quando sujeito a mudanças de temperatura. Existem tipos de “ação instantânea” que produzem uma ação instantânea do tipo “liga/desliga” ou “desliga/liga” nos contatos elétricos em um ponto de temperatura definido, e tipos de “fluência” mais lentos que mudam gradualmente de posição conforme a temperatura muda .
Diagrama do princípio de funcionamento do termostato bimetálico

Termostatos de ação instantânea são comumente usados ​​em nossas casas para controlar os pontos de ajuste de temperatura dos fornos, ferros, tanques de água quente de imersão, e também podem ser encontrados nas paredes para controlar sistemas de aquecimento doméstico.

Os tipos de esteiras normalmente consistem em bobinas ou espirais bimetálicas que se desenrolam ou enrolam lentamente conforme a temperatura muda.. De um modo geral, as tiras bimetálicas estilo crawler são mais sensíveis às mudanças de temperatura do que os tipos de encaixe/desativação padrão porque as tiras são mais longas e mais finas, tornando-os ideais para uso em termômetros e mostradores, etc..

3. Termistor
Os termistores geralmente são feitos de materiais cerâmicos, como níquel, óxidos de manganês ou cobalto banhados em vidro, o que os torna facilmente danificados. Sua principal vantagem sobre os tipos de ação instantânea é a rapidez com que respondem a quaisquer mudanças de temperatura., precisão e repetibilidade.

A maioria dos termistores tem um coeficiente de temperatura negativo (NTC), o que significa que sua resistência diminui à medida que a temperatura aumenta. No entanto, existem alguns termistores que possuem um coeficiente de temperatura positivo (PTC) e sua resistência aumenta com a temperatura.

Imagem física do termistor

Os termistores são classificados com base em sua resistência à temperatura ambiente (geralmente 25 oC), sua constante de tempo (o tempo que leva para reagir a uma mudança de temperatura), e sua classificação de potência em relação à corrente que flui através deles. Como resistores, termistores têm valores de resistência à temperatura ambiente variando de 10 megohms a alguns ohms, mas para fins de detecção, esses tipos medidos em quiloohms são normalmente usados.

4. Exemplo de sensor de temperatura No1
O valor da resistência do seguinte termistor a 25°C é 10KΩ, e o valor da resistência em 100 ℃ é 100Ω. Calcule a queda de tensão no termistor quando colocado em série com um resistor de 1kΩ para calcular a tensão de saída (Vou) através da fonte de 12 V em ambas as temperaturas.
Diagrama de exemplo de sensor de temperatura

Alterando o valor do resistor fixo de R2 (1kΩ em nosso exemplo) para um potenciômetro ou valor predefinido, uma saída de tensão pode ser obtida em um ponto de ajuste de temperatura predeterminado, por exemplo, uma saída de 5 V a 60°C. E alterando o potenciômetro para obter um nível de tensão de saída específico, ele pode ser obtido em uma faixa de temperatura mais ampla.

No entanto, deve-se notar que os termistores são dispositivos não lineares, e os valores de resistência padrão de diferentes termistores à temperatura ambiente são diferentes, principalmente porque são feitos de materiais semicondutores. Os termistores mudam exponencialmente com a temperatura e, portanto, têm uma temperatura Beta constante (b) que pode ser usado para calcular a resistência em qualquer ponto de temperatura.

No entanto, quando usado com resistores em série, como em uma rede divisora ​​de tensão ou em um arranjo do tipo ponte de Wheatstone. A corrente obtida em resposta à tensão aplicada à rede divisora/ponte de tensão é linear com a temperatura. A tensão de saída através do resistor aumenta linearmente com a temperatura.