Шта је сензор температуре?

Сензор температуре је уређај који мери колико је неки предмет врућ или хладан, обезбеђујући мерење температуре путем електричног сигнала у читљивом облику. Најчешћи су термопарови и детектори температуре термичких отпорника.

Сензори температуре воде

Кина сензор температуре

Типови температурних сензора за центре података

Постоје четири главна температурна сензори који се данас користе у модерном електронику: Негативни коефицијент температуре (НТЦ) термистори, Отпорност детектори температуре (Ртс), термо-колач, и полуводички интегрисан (Иц) сензори.
Сензор температуре је уређај, типично, термоелемент или отпорни детектор температуре, који обезбеђује мерење температуре у читљивом облику путем електричног сигнала.
Термометар је најосновнији облик мерача температуре који се користи за мерење степена топлоте и хладноће.

Мерачи температуре се користе у геотехничкој области за праћење бетона, структуре, тла, вода, мостова, итд. за структурне промене у услед сезонских варијација.
Термопар (Т/Ц) је направљен од два различита метала који стварају електрични напон у директној пропорцији са променом температуре. Ан РТД (Отпорни температурни детектор) је променљиви отпорник који мења свој електрични отпор у директној пропорцији са променом температуре у прецизном, поновљив, и скоро линеарно.

У нашем свакодневном животу, требало би често да видимо термометре, бојлери, микроталасне пећнице, фрижидери, итд. Они ће бити примењени на важан уређај - сензор температуре. Овај чланак ће вам представити сензоре температуре, принципи сензора температуре, и врсте температурних сензора.

Тип сензора температуре:
У практичним применама, постоји много температурних сензора доступних, са различитим карактеристикама према стварној примени. Сензори температуре се састоје од два основна физичка типа:
1. Тип контактног сензора температуре
Ови типови температурних сензора захтевају физички контакт са објектом који се опажа и користе проводљивост за праћење промена температуре. Могу се користити за откривање чврстих материја, течности или гасове у широком температурном опсегу.

2. Тип сензора температуре без контакта
Ови типови температурних сензора користе конвекцију и зрачење за праћење промена температуре. Могу се користити за откривање течности и гасова који емитују енергију зрачења док се топлота диже, а хладноћа таложи на дно у конвекцијским струјама, или да детектују енергију зрачења која се преноси од објеката у виду инфрацрвеног зрачења (сунце).
Контактни и бесконтактни температурни сензори се даље класификују у следеће температурне сензоре.

Принцип температурног сензора:
1. Термостат
Термостат је контактни температурни сензор који се састоји од биметалне траке направљене од два различита метала, као што су алуминијум, бакар, никла, или волфрам.

Разлика у коефицијентима линеарне експанзије два метала узрокује да се подвргну механичким покретима савијања када се загреју.

Стварна слика термостата

2. Биметални термостат
Термостат се састоји од два метала са различитим нивоима топлоте који су залепљени један уз други. Кад је хладно време, контакти се затварају и струја тече кроз термостат. Како се загрева, један метал се шири више од другог, а спојене биметалне траке се савијају нагоре (или надоле), отварање контаката и спречавање протока електричне енергије.

Биметални термостат физичка слика

Постоје две главне врсте биметалних трака, засноване првенствено на њиховом кретању када су подвргнуте променама температуре. There are “snap-action” types that produce an instantaneous “on/off” or “off/on” type action on the electrical contacts at a set temperature point, and slower “creep” types that gradually change their position as temperature changes .
Bimetal thermostat working principle diagram

Snap-acting thermostats are commonly used in our homes to control the temperature set points of ovens, пегле, immersion hot water tanks, and they can also be found on walls to control home heating systems.

Crawler types typically consist of bimetallic coils or spirals that slowly unfurl or coil as the temperature changes. Уопштено говорећи, crawler style bimetal strips are more sensitive to temperature changes than standard snap on/off types because the strips are longer and thinner, making them ideal for use on thermometers and dials, итд.

3. Термистор
Thermistors are usually made of ceramic materials, such as nickel, manganese or cobalt oxides plated in glass, which makes them easily damaged. Their main advantage over snap-action types is how quickly they respond to any changes in temperature, accuracy and repeatability.

Most thermistors have a negative temperature coefficient (НТЦ), which means their resistance decreases as temperature increases. Међутим, there are some thermistors that have a positive temperature coefficient (ПТЦ) and their resistance increases with temperature.

Thermistor physical picture

Thermistors are rated based on their resistance at room temperature (usually 25 o C), their time constant (the time it takes to react to a change in temperature), and their power rating relative to the current flowing through them. Like resistors, thermistors have resistance values at room temperature ranging from 10 megohms to a few ohms, but for sensing purposes those types measured in kiloohms are typically used.

4. Temperature sensor example No1
The resistance value of the following thermistor at 25℃ is 10KΩ, and the resistance value at 100℃ is 100Ω. Calculate the voltage drop across the thermistor when placed in series with a 1kΩ resistor to calculate the output voltage (Vout) across the 12v supply at both temperatures.
Temperature sensor example diagram

By changing the fixed resistor value of R2 (1kΩ in our example) to a potentiometer or preset value, a voltage output can be obtained at a predetermined temperature set point, for example a 5v output at 60°C. А променом потенциометра да би се добио одређени ниво излазног напона може се добити у ширем температурном опсегу.

Међутим, треба напоменути да су термистори нелинеарни уређаји, а стандардне вредности отпора различитих термистора на собној температури су различите, углавном зато што су направљени од полупроводничких материјала. Термистори се експоненцијално мењају са температуром и стога имају константу Бета температуре (б) који се може користити за израчунавање отпора на било којој температури.

Међутим, када се користи са серијским отпорницима, као што је у мрежи разделника напона или распореду типа Витстонов мост. Струја добијена као одговор на напон примењен на мрежу разделника напона/мост је линеарна са температуром. Излазни напон на отпорнику се затим линеарно повећава са температуром.