เซ็นเซอร์อุณหภูมิคืออะไร?

เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิเป็นอุปกรณ์ที่ใช้วัดความร้อนหรือความเย็นของวัตถุ, ให้การวัดอุณหภูมิผ่านสัญญาณไฟฟ้าในรูปแบบที่อ่านค่าได้. สิ่งที่พบบ่อยกว่าคือเทอร์โมคัปเปิลและเครื่องตรวจจับอุณหภูมิตัวต้านทานความร้อน.

เซ็นเซอร์อุณหภูมิน้ำ

เซ็นเซอร์อุณหภูมิของจีน

ประเภทของเซนเซอร์วัดอุณหภูมิสำหรับศูนย์ข้อมูล

มีเซ็นเซอร์อุณหภูมิหลักสี่ตัวที่ใช้ในปัจจุบันในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่: ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิติดลบ (กทช) เทอร์มิสเตอร์, เครื่องตรวจจับอุณหภูมิความต้านทาน (RTD), เทอร์โมคัปเปิล, และแบบบูรณาการที่ใช้เซมิคอนดักเตอร์ (ไอซี) เซ็นเซอร์.
เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิเป็นอุปกรณ์, โดยทั่วไป, เทอร์โมคัปเปิลหรือเครื่องตรวจจับอุณหภูมิความต้านทาน, ที่ให้การวัดอุณหภูมิในรูปแบบที่อ่านได้ผ่านสัญญาณไฟฟ้า.
เทอร์โมมิเตอร์เป็นรูปแบบพื้นฐานที่สุดของเครื่องวัดอุณหภูมิที่ใช้วัดระดับความร้อนและความเย็น.

เครื่องวัดอุณหภูมิใช้ในสาขาธรณีเทคนิคเพื่อตรวจสอบคอนกรีต, โครงสร้าง, ดิน, น้ำ, สะพาน, ฯลฯ. สำหรับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างอันเนื่องมาจากการเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาล.
เทอร์โมคัปเปิล (ที/ซี) ทำจากโลหะสองชนิดที่ไม่เหมือนกันซึ่งสร้างแรงดันไฟฟ้าในสัดส่วนโดยตรงกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ. RTD (เครื่องตรวจจับอุณหภูมิความต้านทาน) เป็นตัวต้านทานแบบแปรผันที่เปลี่ยนความต้านทานไฟฟ้าเป็นสัดส่วนโดยตรงกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิได้อย่างแม่นยำ, ทำซ้ำได้, และมีลักษณะเกือบเป็นเส้นตรง.

ในชีวิตประจำวันของเรา, เรามักจะเห็นเทอร์โมมิเตอร์, เครื่องทำน้ำอุ่น, เตาไมโครเวฟ, ตู้เย็น, ฯลฯ. สิ่งเหล่านี้จะถูกนำไปใช้กับอุปกรณ์ที่สำคัญนั่นคือเซ็นเซอร์อุณหภูมิ. บทความนี้จะแนะนำให้คุณรู้จักเซ็นเซอร์อุณหภูมิ, หลักการเซ็นเซอร์อุณหภูมิ, และประเภทของเซนเซอร์วัดอุณหภูมิ.

ประเภทเซนเซอร์วัดอุณหภูมิ:
ในการใช้งานจริง, มีเซนเซอร์วัดอุณหภูมิให้เลือกมากมาย, โดยมีลักษณะแตกต่างกันไปตามการใช้งานจริง. เซนเซอร์วัดอุณหภูมิประกอบด้วยทางกายภาพพื้นฐานสองประเภท:
1. ประเภทเซนเซอร์วัดอุณหภูมิแบบสัมผัส
เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิประเภทนี้จำเป็นต้องสัมผัสทางกายภาพกับวัตถุที่รับรู้ และใช้การนำไฟฟ้าเพื่อติดตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ. สามารถใช้ตรวจจับของแข็งได้, ของเหลวหรือก๊าซในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง.

2. ประเภทเซนเซอร์วัดอุณหภูมิแบบไม่สัมผัส
เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิประเภทนี้ใช้การพาความร้อนและการแผ่รังสีเพื่อติดตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ. สามารถใช้ตรวจจับของเหลวและก๊าซที่ปล่อยพลังงานการแผ่รังสีเมื่อความร้อนเพิ่มขึ้นและความเย็นตกลงไปที่ด้านล่างในกระแสการพาความร้อน, หรือตรวจจับพลังงานรังสีที่ส่งมาจากวัตถุในรูปรังสีอินฟราเรด (ดวงอาทิตย์).
เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิแบบสัมผัสและแบบไม่สัมผัสยังถูกจำแนกออกเป็นเซ็นเซอร์อุณหภูมิดังต่อไปนี้.

หลักการของเซ็นเซอร์อุณหภูมิ:
1. เทอร์โมสตัท
เทอร์โมสตัทเป็นเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิแบบสัมผัสที่ประกอบด้วยแถบโลหะคู่ที่ทำจากโลหะสองชนิดที่แตกต่างกัน, เช่นอลูมิเนียม, ทองแดง, นิกเกิล, หรือทังสเตน.

ความแตกต่างของค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นของโลหะทั้งสองทำให้โลหะทั้งสองเกิดการเคลื่อนไหวโค้งงอทางกลเมื่อถูกความร้อน.

ภาพจริงของเทอร์โมสตัท

2. เทอร์โมสตัท Bimetal
เทอร์โมสตัทประกอบด้วยโลหะสองชนิดที่มีระดับความร้อนต่างกันติดกาวติดกันจากด้านหลัง. เมื่ออากาศเย็น, หน้าสัมผัสปิดและกระแสไหลผ่านเทอร์โมสตัท. ขณะที่มันร้อนขึ้น, โลหะหนึ่งจะขยายตัวมากกว่าอีกโลหะหนึ่ง, และแถบโลหะคู่ที่ยึดติดจะโค้งงอขึ้น (หรือลง), การเปิดหน้าสัมผัสและป้องกันการไหลของกระแสไฟฟ้า.

ภาพทางกายภาพของเทอร์โม Bimetal

แถบ bimetal มีสองประเภทหลัก, ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนไหวเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเป็นหลัก. มีประเภท "สแน็ปช็อต" ที่สร้างการกระทำประเภท "เปิด/ปิด" หรือ "ปิด/เปิด" ทันทีบนหน้าสัมผัสทางไฟฟ้า ณ จุดอุณหภูมิที่ตั้งไว้, และประเภท "คืบ" ที่ช้ากว่าซึ่งจะค่อยๆ เปลี่ยนตำแหน่งเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง .
แผนภาพหลักการทำงานของเทอร์โมสตัท Bimetal

เทอร์โมสแตทแบบ Snap-acting มักใช้ในบ้านของเราเพื่อควบคุมอุณหภูมิที่ตั้งไว้ของเตาอบ, เตารีด, ถังน้ำร้อนแช่, และยังสามารถพบได้บนผนังเพื่อควบคุมระบบทำความร้อนภายในบ้านอีกด้วย.

โดยทั่วไปประเภทตีนตะขาบจะประกอบด้วยขดลวดหรือเกลียวโลหะคู่ที่ค่อยๆ คลี่ออกหรือขดเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง. พูดโดยทั่วไป, แถบโลหะคู่สไตล์ซอฟต์แวร์รวบรวมข้อมูลมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิมากกว่าประเภทเปิด/ปิดแบบสแนปมาตรฐาน เนื่องจากแถบยาวและบางกว่า, ทำให้เหมาะสำหรับใช้กับเทอร์โมมิเตอร์และหน้าปัด, ฯลฯ.

3. เครื่องวัดอุณหภูมิ
เทอร์มิสเตอร์มักทำจากวัสดุเซรามิก, เช่น นิกเกิล, แมงกานีสหรือโคบอลต์ออกไซด์ที่ชุบในแก้ว, ซึ่งทำให้เสียหายได้ง่าย. ข้อได้เปรียบหลักเหนือประเภท snap-action คือความรวดเร็วในการตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ, ความแม่นยำและการทำซ้ำ.

เทอร์มิสเตอร์ส่วนใหญ่มีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิติดลบ (กทช), ซึ่งหมายความว่าความต้านทานลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น. อย่างไรก็ตาม, มีเทอร์มิสเตอร์บางตัวที่มีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเป็นบวก (พีทีซี) และความต้านทานจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ.

ภาพทางกายภาพของเทอร์มิสเตอร์

เทอร์มิสเตอร์ได้รับการจัดอันดับตามความต้านทานที่อุณหภูมิห้อง (โดยปกติ 25 โอ ซี), เวลาคงที่ (เวลาที่ใช้ในการตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ), และพิกัดกำลังสัมพันธ์กับกระแสที่ไหลผ่าน. เช่นเดียวกับตัวต้านทาน, เทอร์มิสเตอร์มีค่าความต้านทานที่อุณหภูมิห้องตั้งแต่ 10 เมกะโอห์มถึงไม่กี่โอห์ม, แต่เพื่อวัตถุประสงค์ในการตรวจจับ โดยทั่วไปจะใช้ประเภทเหล่านั้นที่วัดเป็นกิโลโอห์ม.

4. ตัวอย่างเซ็นเซอร์อุณหภูมิหมายเลข 1
ค่าความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์ต่อไปนี้ที่ 25°C คือ 10KΩ, และค่าความต้านทานที่ 100°C คือ 100Ω. คำนวณแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมเทอร์มิสเตอร์เมื่อวางอนุกรมด้วยตัวต้านทาน 1kΩ เพื่อคำนวณแรงดันไฟขาออก (โว้ต) จ่ายไฟ 12v ที่อุณหภูมิทั้งสอง.
แผนภาพตัวอย่างเซ็นเซอร์อุณหภูมิ

โดยการเปลี่ยนค่าตัวต้านทานคงที่ของ R2 (1kΩ ในตัวอย่างของเรา) เป็นโพเทนชิออมิเตอร์หรือค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้า, สามารถรับแรงดันไฟฟ้าเอาท์พุตได้ที่อุณหภูมิที่ตั้งไว้ล่วงหน้า, เช่น เอาต์พุต 5v ที่อุณหภูมิ 60°C. และด้วยการเปลี่ยนโพเทนชิออมิเตอร์เพื่อให้ได้ระดับแรงดันเอาต์พุตเฉพาะ จึงสามารถรับได้ในช่วงอุณหภูมิที่กว้างขึ้น.

อย่างไรก็ตาม, ควรสังเกตว่าเทอร์มิสเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่ไม่เชิงเส้น, และค่าความต้านทานมาตรฐานของเทอร์มิสเตอร์ที่แตกต่างกันที่อุณหภูมิห้องจะแตกต่างกัน, สาเหตุหลักมาจากทำจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์. เทอร์มิสเตอร์เปลี่ยนแปลงแบบทวีคูณตามอุณหภูมิ ดังนั้นจึงมีค่าอุณหภูมิเบต้าคงที่ (ข) ที่สามารถนำไปใช้คำนวณความต้านทาน ณ จุดอุณหภูมิที่กำหนดได้.

อย่างไรก็ตาม, เมื่อใช้กับตัวต้านทานแบบอนุกรม, เช่นในเครือข่ายตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าหรือการจัดเรียงแบบสะพานวีทสโตน. กระแสไฟฟ้าที่ได้รับจากการตอบสนองต่อแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า/เครือข่ายบริดจ์จะเป็นเส้นตรงกับอุณหภูมิ. แรงดันไฟเอาท์พุตคร่อมตัวต้านทานจะปรับขนาดเป็นเส้นตรงกับอุณหภูมิ.