Что такое датчик температуры?

Датчик температуры — это устройство, которое измеряет, насколько горячий или холодный объект., обеспечение измерения температуры посредством электрического сигнала в читаемой форме. Наиболее распространенными являются термопары и терморезисторные датчики температуры..

Датчики температуры воды

Китай датчик температуры

Типы датчиков температуры для центров обработки данных

Сегодня в современной электронике используется четыре основных датчика температуры в современной электронике: Отрицательный коэффициент температуры (НТЦ) термисторы, детекторы температуры сопротивления (РДД), термопары, и полупроводниковые интегрированные (IC) датчики.
Датчик температуры – это устройство, обычно, термопара или термометр сопротивления, который обеспечивает измерение температуры в читаемой форме посредством электрического сигнала.
Термометр — это самая основная форма измерителя температуры, которая используется для измерения степени жары и прохлады..

Измерители температуры используются в геотехнической сфере для контроля бетона., структуры, земля, вода, мосты, и т. д.. структурных изменений в связи с сезонными колебаниями.
Термопара (Т/К) изготовлен из двух разнородных металлов, которые генерируют электрическое напряжение прямо пропорционально изменению температуры.. РТД (Датчик температуры сопротивления) переменный резистор, изменяющий свое электрическое сопротивление прямо пропорционально изменению температуры в точном, повторяемый, и почти линейным образом.

В нашей повседневной жизни, мы должны часто видеть термометры, водонагреватели, микроволновые печи, холодильники, и т. д.. Они будут применены к важному устройству — датчику температуры.. В этой статье вы познакомитесь с датчиками температуры., принципы работы датчика температуры, и типы датчиков температуры.

Тип датчика температуры:
В практических приложениях, есть много датчиков температуры, с различными характеристиками в зависимости от фактического применения. Датчики температуры состоят из двух основных физических типов.:
1. Тип контактного датчика температуры
Эти типы датчиков температуры требуют физического контакта с измеряемым объектом и используют проводимость для отслеживания изменений температуры.. Их можно использовать для обнаружения твердых веществ., жидкости или газы в широком диапазоне температур.

2. Тип датчика температуры бесконтактный
Эти типы датчиков температуры используют конвекцию и излучение для мониторинга изменений температуры.. Их можно использовать для обнаружения жидкостей и газов, которые излучают лучистую энергию, когда тепло поднимается, а холод оседает на дно в конвекционных потоках., или для обнаружения лучистой энергии, передаваемой от объектов в виде инфракрасного излучения (солнце).
Контактные и бесконтактные датчики температуры подразделяются на следующие датчики температуры..

Принцип работы датчика температуры:
1. Термостат
Термостат – это контактный датчик температуры, состоящий из биметаллической полоски, изготовленной из двух разных металлов., например, алюминий, медь, никель, или вольфрам.

Разница в коэффициентах линейного расширения двух металлов приводит к тому, что при нагревании они подвергаются механическим изгибающим движениям..

Реальное изображение термостата

2. Биметаллический термостат
Термостат состоит из двух металлов с разной температурой, склеенных друг с другом.. Когда погода холодная, контакты замыкаются и ток течет через термостат. Как он нагревается, один металл расширяется больше другого, и склеенные биметаллические полосы загибаются вверх (или вниз), размыкание контактов и предотвращение протекания электричества.

Физическое изображение биметаллического термостата

Существует два основных типа биметаллических полос., основано прежде всего на их движении при изменении температуры. Существуют типы «мгновенного действия», которые производят мгновенное действие типа «вкл/выкл» или «выкл/вкл» на электрические контакты в заданной температурной точке., и более медленные «ползучие» типы, которые постепенно меняют свое положение при изменении температуры. .
Принципиальная схема работы биметаллического термостата

Термостаты мгновенного действия обычно используются в наших домах для контроля заданных температур в духовках., утюги, погружные баки с горячей водой, их также можно найти на стенах для управления системами отопления дома..

Типы гусеничных механизмов обычно состоят из биметаллических катушек или спиралей, которые медленно разворачиваются или скручиваются при изменении температуры.. Вообще говоря, Биметаллические полосы на гусеничном ходу более чувствительны к изменениям температуры, чем стандартные типы с защелками, поскольку полосы длиннее и тоньше., что делает их идеальными для использования на термометрах и циферблатах., и т. д..

3. Термистор
Термисторы обычно изготавливаются из керамических материалов., например, никель, оксиды марганца или кобальта, покрытые стеклом, что делает их легко поврежденными. Их главное преимущество перед типами мгновенного действия заключается в том, как быстро они реагируют на любые изменения температуры., точность и повторяемость.

Большинство термисторов имеют отрицательный температурный коэффициент. (НТЦ), это означает, что их сопротивление уменьшается с увеличением температуры.. Однако, есть некоторые термисторы, которые имеют положительный температурный коэффициент (ПТК) и их сопротивление увеличивается с температурой.

Физическая картина термистора

Термисторы рассчитаны на основе их сопротивления при комнатной температуре. (обычно 25 о С), их постоянная времени (время, необходимое для реакции на изменение температуры), и их номинальная мощность относительно тока, протекающего через них.. Как резисторы, Термисторы имеют значения сопротивления при комнатной температуре в пределах от 10 мегаомы до нескольких омов, но для целей измерения обычно используются типы, измеряемые в килоомах..

4. Пример датчика температуры №1
Значение сопротивления следующего термистора при 25 ℃ составляет 10 кОм., и значение сопротивления при 100 ℃ составляет 100 Ом.. Рассчитайте падение напряжения на термисторе при его последовательном включении с резистором сопротивлением 1 кОм, чтобы рассчитать выходное напряжение. (Воут) по питанию 12 В при обеих температурах.
Пример схемы датчика температуры

Изменяя номинал постоянного резистора R2 (1кОм в нашем примере) потенциометра или заданного значения, выходное напряжение может быть получено при заданной заданной температуре, например, выход 5 В при 60°C. А изменяя потенциометр для получения определенного уровня выходного напряжения, его можно получить в более широком диапазоне температур..

Однако, Следует отметить, что термисторы являются нелинейными устройствами., и стандартные значения сопротивления разных термисторов при комнатной температуре различны, главным образом потому, что они изготовлены из полупроводниковых материалов. Термисторы изменяются экспоненциально с температурой и, следовательно, имеют бета-температурную константу. (б) который можно использовать для расчета сопротивления в любой заданной температурной точке.

Однако, при использовании с последовательными резисторами, например, в сети с делителем напряжения или в схеме типа моста Уитстона.. Ток, получаемый в ответ на напряжение, приложенное к делителю напряжения/мостовой сети, линейно зависит от температуры.. Выходное напряжение на резисторе затем линейно масштабируется в зависимости от температуры..