Čo je snímač teploty?

Teplotný senzor je zariadenie, ktoré meria, ako horúci alebo studený je objekt, poskytovanie merania teploty prostredníctvom elektrického signálu v čitateľnej forme. Najbežnejšie sú termočlánky a teplotné detektory s tepelným odporom.

Senzory teploty vody

Čínsky teplotný senzor

Typy snímačov teploty pre dátové centrá

V modernej elektronike sa dnes používajú štyri hlavné teplotné senzory: Negatívny teplotný koeficient (NTC) termistory, detektory teploty odporu (Rts), termočiny, a polovodičové integrované (IC) senzory.
Snímač teploty je zariadenie, zvyčajne, termočlánkom alebo odporovým teplotným detektorom, ktorý poskytuje meranie teploty v čitateľnej forme prostredníctvom elektrického signálu.
Teplomer je najzákladnejšou formou merača teploty, ktorý sa používa na meranie stupňa tepla a chladu.

Teplomery sa používajú v geotechnickej oblasti na sledovanie betónu, štruktúry, pôdy, voda, mosty, tam. pre štrukturálne zmeny v dôsledku sezónnych výkyvov.
Termočlánok (T/C) je vyrobený z dvoch odlišných kovov, ktoré generujú elektrické napätie priamo úmerné zmene teploty. RTD (Odporový teplotný detektor) je premenlivý odpor, ktorý presne mení svoj elektrický odpor priamo úmerne zmene teploty, opakovateľné, a takmer lineárnym spôsobom.

V našom každodennom živote, by sme mali často vidieť teplomery, ohrievače vody, mikrovlnné rúry, chladničky, tam. Tie budú aplikované na dôležité zariadenie – snímač teploty. Tento článok vám predstaví snímače teploty, princípy snímačov teploty, a typy snímačov teploty.

Typ snímača teploty:
V praktických aplikáciách, k dispozícii je veľa snímačov teploty, s rôznymi charakteristikami podľa aktuálnej aplikácie. Snímače teploty sa skladajú z dvoch základných fyzikálnych typov:
1. Typ kontaktného snímača teploty
Tieto typy snímačov teploty vyžadujú fyzický kontakt so snímaným objektom a využívajú vedenie na monitorovanie zmien teploty. Môžu byť použité na detekciu pevných látok, kvapaliny alebo plyny v širokom rozsahu teplôt.

2. Typ bezkontaktného snímača teploty
Tieto typy snímačov teploty využívajú konvekciu a žiarenie na monitorovanie zmien teploty. Môžu byť použité na detekciu kvapalín a plynov, ktoré vyžarujú žiarivú energiu, keď teplo stúpa a chlad sa usadzuje na dne v konvekčných prúdoch, alebo na detekciu žiarivej energie prenášanej z predmetov vo forme infračerveného žiarenia (slnko).
Kontaktné a bezkontaktné snímače teploty sa ďalej delia na nasledujúce snímače teploty.

Princíp snímača teploty:
1. Termostat
Termostat je kontaktný snímač teploty, ktorý pozostáva z bimetalového pásika vyrobeného z dvoch rôznych kovov, ako je hliník, meď, nikel, alebo volfrám.

Rozdiel v koeficientoch lineárnej rozťažnosti týchto dvoch kovov spôsobuje, že pri zahrievaní podliehajú mechanickým ohybovým pohybom.

Skutočný obrázok termostatu

2. Bimetalový termostat
Termostat pozostáva z dvoch kovov s rôznymi úrovňami tepla zlepených chrbtom k sebe. Keď je chladné počasie, kontakty sa zatvoria a cez termostat preteká prúd. Ako sa ohrieva, jeden kov expanduje viac ako druhý, a spojené bimetalové pásy sa ohýbajú nahor (alebo smerom nadol), otvorenie kontaktov a zabránenie toku elektriny.

Fyzický obrázok bimetalového termostatu

Existujú dva hlavné typy bimetalových pásov, založené predovšetkým na ich pohybe, keď sú vystavené zmenám teploty. Existujú typy „zapadnutia“, ktoré vytvárajú okamžitú akciu typu „zapnutie/vypnutie“ alebo „vypnutie/zapnutie“ na elektrických kontaktoch pri nastavenej teplote., a pomalšie „plazivé“ typy, ktoré postupne menia svoju polohu podľa zmeny teploty .
Schéma fungovania bimetalového termostatu

Spínacie termostaty sa bežne používajú v našich domácnostiach na ovládanie nastavených hodnôt teploty rúr, žehličky, ponorné zásobníky teplej vody, a možno ich nájsť aj na stenách na ovládanie domácich vykurovacích systémov.

Pásové typy sa zvyčajne skladajú z bimetalových zvitkov alebo špirál, ktoré sa pomaly rozvinú alebo zvinú pri zmene teploty. Všeobecne, Bimetalové pásy typu crawler sú citlivejšie na zmeny teploty ako štandardné typy zapínania a vypínania, pretože pásy sú dlhšie a tenšie, vďaka tomu sú ideálne na použitie na teplomeroch a číselníkoch, tam.

3. Termistor
Termistory sú zvyčajne vyrobené z keramických materiálov, ako je nikel, oxidy mangánu alebo kobaltu plátované v skle, čím sa ľahko poškodia. Ich hlavnou výhodou oproti typom s rýchloupínaním je, ako rýchlo reagujú na akékoľvek zmeny teploty, presnosť a opakovateľnosť.

Väčšina termistorov má záporný teplotný koeficient (NTC), čo znamená, že ich odpor klesá so zvyšujúcou sa teplotou. Však, existuje niekoľko termistorov, ktoré majú kladný teplotný koeficient (Ptc) a ich odpor sa zvyšuje s teplotou.

Fyzický obraz termistora

Termistory sú hodnotené na základe ich odporu pri izbovej teplote (zvyčajne 25 o C), ich časová konštanta (čas potrebný na reakciu na zmenu teploty), a ich menovitý výkon vzhľadom na prúd, ktorý nimi preteká. Ako odpory, termistory majú hodnoty odporu pri izbovej teplote v rozmedzí od 10 megaohmov až niekoľko ohmov, ale na účely snímania sa zvyčajne používajú tieto typy merané v kiloohmoch.

4. Príklad snímača teploty No1
Hodnota odporu nasledujúceho termistora pri 25℃ je 10KΩ, a hodnota odporu pri 100 ℃ je 100 Ω. Vypočítajte úbytok napätia na termistore, keď je umiestnený v sérii s odporom 1 kΩ, aby ste vypočítali výstupné napätie (Vout) cez 12V zdroj pri oboch teplotách.
Príklad diagramu snímača teploty

Zmenou pevnej hodnoty odporu R2 (1kΩ v našom príklade) na potenciometer alebo prednastavenú hodnotu, výstup napätia možno získať pri vopred stanovenej hodnote teploty, napríklad 5V výstup pri 60°C. A zmenou potenciometra na získanie špecifickej úrovne výstupného napätia ho možno získať v širšom teplotnom rozsahu.

Však, treba poznamenať, že termistory sú nelineárne zariadenia, a štandardné hodnoty odporu rôznych termistorov pri izbovej teplote sú rôzne, hlavne preto, že sú vyrobené z polovodičových materiálov. Termistory sa menia exponenciálne s teplotou, a preto majú teplotnú konštantu Beta (b) ktoré možno použiť na výpočet odporu v akomkoľvek danom teplotnom bode.

Však, pri použití so sériovými odpormi, ako v sieti deliča napätia alebo usporiadaní typu Wheatstoneovho mostíka. Prúd získaný ako odozva na napätie aplikované na sieť delič/mostík napätia je lineárny s teplotou. Výstupné napätie na rezistore sa potom lineárne mení s teplotou.