Temperatursensorer - Typer, arbejde og drift

Temperatur er den mest målte miljømængde. Dette kan forventes, da de fleste fysiske, elektroniske, kemiske, mekaniske og biologiske systemer påvirkes af temperaturen. Visse kemiske reaktioner, biologiske processer og endda elektroniske kredsløb fungerer bedst inden for begrænsede temperaturområder. Temperatur er en af ​​de mest målte variabler, og det er derfor ikke overraskende, at der er mange måder at registrere det på. Temperaturregistrering kan ske enten ved direkte kontakt med varmekilden eller eksternt uden direkte kontakt med kilden ved hjælp af udstrålet energi i stedet. Der er en lang række temperatursensorer på markedet i dag, herunder termoelementer, modstandstemperaturdetektorer (RTD'er), termistorer, infrarøde sensorer og halvledere.

5 typer temperatursensorer

• Termoelement : Det er en type temperatursensor, der er lavet ved at forbinde to forskellige metaller i den ene ende. Den sammenføjede ende kaldes den HOT JUNCTION. Den anden ende af disse forskellige metaller omtales som KALD SLUT eller KALD JUNKTION. Den kolde krydsning dannes ved det sidste punkt af termoelementmateriale. Hvis der er en forskel i temperatur mellem det varme kryds og det kolde kryds, dannes der en lille spænding. Denne spænding kaldes en EMF (elektromotivkraft) og kan måles og igen bruges til at indikere temperatur.

Termoelement

• FTU er en temperaturføler, hvis modstand ændrer sig med temperaturen. Typisk bygget af platin, selvom enheder lavet af nikkel eller kobber ikke er ualmindelige, kan RTD'er have mange forskellige former som trådviklet, tynd film. For at måle modstanden over en RTD skal du anvende en konstant strøm, måle den resulterende spænding og bestemme RTD-modstanden. RTD'er udviser ret lineære modstand mod temperaturkurver over deres driftsregioner, og enhver ikke-linearitet er meget forudsigelig og gentagelig. PT100 RTD-evalueringskortet bruger RTD til overflademontering til at måle temperaturen. En ekstern 2, 3 eller 4-leder PT100 kan også knyttes til måling af temperatur i fjerntliggende områder. RTD'erne er forudindtaget ved hjælp af en konstant strømkilde. For at reducere selvopvarmning på grund af strømforsyning er den aktuelle størrelse moderat lav. Kredsløbet vist i figuren er den konstante strømkilde, der bruger en referencespænding, en forstærker og en PNP-transistor.

• Termistorer : På samme måde som RTD er termistoren en temperaturfølende enhed, hvis modstand ændres med temperaturen. Termistorer er imidlertid lavet af halvledermaterialer. Modstand bestemmes på samme måde som RTD, men termistorer udviser en meget ikke-lineær modstand vs. temperaturkurve. Således kan vi i termistorernes driftsområde se en stor modstandsændring for en meget lille temperaturændring. Dette giver en meget følsom enhed, ideel til set-point applikationer.

• Halvleder sensorer : De er klassificeret i forskellige typer som spændingsudgang, strømudgang, digital udgang, modstandsudgangssilicium og diodetemperaturfølere. Moderne halvleder temperaturfølere tilbyder høj nøjagtighed og høj linearitet over et driftsområde på ca. 55 ° C til + 150 ° C. Interne forstærkere kan skalere output til praktiske værdier, såsom 10mV / ° C. De er også nyttige i kompensationskredsløb med koldt kryds til termoelementer med stort temperaturområde. Korte detaljer om denne type temperatursensor er angivet nedenfor.

Sensor IC'er

Der er en bred vifte af temperaturføler-IC'er, der er tilgængelige for at forenkle det bredest mulige udvalg af temperaturovervågningsudfordringer. Disse siliciumtemperatursensorer adskiller sig markant fra de ovennævnte typer på et par vigtige måder. Den første er driftstemperaturområdet. En temperatursensor IC kan fungere i det nominelle IC-temperaturområde fra -55 ° C til + 150 ° C. Den anden store forskel er funktionalitet.

En siliciumtemperatursensor er et integreret kredsløb og kan derfor omfatte omfattende signalbehandlingskredsløb i samme pakke som sensoren. Der er ikke behov for at tilføje kompensationskredsløb til temperaturføler ICS. Nogle af disse er analoge kredsløb med enten spænding eller strømudgang. Andre kombinerer analoge sensorkredsløb med spændingskomparatorer for at give alarmfunktioner. Nogle andre sensor-IC'er kombinerer analog-sensing kredsløb med digital input / output og kontrolregistre hvilket gør dem til en ideel løsning til mikroprocessorbaserede systemer.

Den digitale udgangssensor indeholder normalt en temperaturføler, analog-til-digital-konverter (ADC), en to-leder digital grænseflade og registre til styring af IC's drift. Temperaturen måles kontinuerligt og kan aflæses når som helst. Hvis det ønskes, kan værtsprocessoren instruere sensoren om at overvåge temperaturen og tage en udgangsstift høj (eller lav), hvis temperaturen overstiger en programmeret grænse. Lavere tærskeltemperatur kan også programmeres, og værten kan underrettes, når temperaturen er faldet under denne tærskel. Den digitale udgangssensor kan således bruges til pålidelig temperaturovervågning i mikroprocessorbaserede systemer.

Temperatur måler

Ovenstående temperaturføler har tre klemmer og kræves maksimalt 5,5 V forsyning. Denne type sensor består af et materiale, der fungerer efter temperaturen for at variere modstanden. Denne modstandsændring registreres af kredsløbet og beregner temperaturen. Når spændingen stiger, stiger temperaturen også. Vi kan se denne operation ved hjælp af en diode.

Temperatursensorer, der er direkte forbundet med mikroprocessorindgang og dermed i stand til direkte og pålidelig kommunikation med mikroprocessorer. Sensorenheden kan kommunikere effektivt med billige processorer uden behov for A / D-konvertere.

Et eksempel på en temperatursensor er LM35 . LM35-serien er præcisionsintegrerede kredsløbstemperaturfølere, hvis udgangsspænding er lineært proportional med Celsius-temperaturen. LM35 fungerer ved -55 ° til + 120 ° C.

Den grundlæggende temperaturføler (+ 2 ° C til + 150 ° C) er vist i nedenstående figur.

Funktioner ved LM35 temperaturføler:

• Kalibreret direkte i ˚ Celsius (Celsius)
• Vurderet til fuldt l −55˚ til + 150˚C interval
• Velegnet til fjernapplikationer
• Lave omkostninger på grund af beskæring på waferniveau
• Kører fra 4 til 30 volt
• Lav selvopvarmning,
• ± 1 / 4˚C af typisk ikke-linearitet

Betjening af LM35:

• LM35 kan nemt tilsluttes på samme måde som andre temperaturfølere med integreret kredsløb. Den kan sidde fast eller fastgøres til en overflade, og dens temperatur vil være inden for området 0,01 ° C af overfladetemperaturen.
• Dette forudsætter, at den omgivende lufttemperatur er næsten den samme som overfladetemperaturen, hvis lufttemperaturen var meget højere eller lavere end overfladetemperaturen, ville den aktuelle temperatur på LM35-matricen være ved en mellemliggende temperatur mellem overfladetemperaturen og luften. temperatur.

Temperatursensorerne har velkendte applikationer inden for miljø- og processtyring og også i test, måling og kommunikation. En digital temperatur er en sensor, der giver 9-bit temperaturaflæsninger. Digitale temperatursensorer tilbyder fremragende præcis nøjagtighed, disse er designet til at læse fra 0 ° C til 70 ° C, og det er muligt at opnå ± 0,5 ° C nøjagtighed. Disse sensorer er helt tilpasset digitale temperaturaflæsninger i grader Celsius.

• Digitale temperatursensorer: Digitale temperatursensorer eliminerer behovet for ekstra komponenter, såsom en A / D-konverter, inden for applikationen, og der er ikke behov for at kalibrere komponenter eller systemet ved specifikke referencetemperaturer efter behov, når der anvendes termistorer. Digitale temperatursensorer håndterer alt, hvilket gør det muligt at forenkle systemets grundlæggende temperaturovervågningsfunktion.

Fordelene ved en digital temperatursensor er vigtige med dens præcise output i grader Celsius. Sensoroutputtet er en afbalanceret digital aflæsning. Dette har ikke til hensigt andre komponenter, såsom en analog til digital konverter og meget lettere at bruge end en simpel termistor, der giver en ikke-lineær modstand med temperaturvariation.

Et eksempel på en digital temperatursensor er DS1621, som giver en 9-bit temperaturaflæsning.

Funktioner DS1621:

1. Der kræves ingen eksterne komponenter.
2. Temperaturområdet på -55 ° C til + 125 ° C i intervaller på 0,5 ° måles.
3. Giver temperaturværdi som en 9-bit aflæsning.
4. Bredt strømforsyningsområde (2,7V til 5,5V).
5. Konverterer temperatur til digitalt ord på mindre end et sekund.
6. Termostatiske indstillinger er brugerdefinerbare og ikke-flygtige.
7. Det er en 8-polet DIP.

Pin Beskrivelse:

• SDA - 2-leder seriel dataindgang / -udgang.
• SCL - 2-leder serielt ur.
• GND - Jord.
• TOUT - Termostatudgangssignal.
• A0 - Chipadresseindgang.
• A1 - Chipadresseindgang.
• A2 - Chipadresseindgang.
• VDD - Strømforsyningsspænding.

Arbejde med DS1621:

• Når enhedens temperatur overstiger en brugerdefineret temperatur HIGH, er output TOUT aktiv. Outputtet forbliver aktivt, indtil temperaturen falder til under den brugerdefinerede temperatur LAV.
• Brugerdefinerede temperaturindstillinger gemmes i ikke-flygtig hukommelse, så den kan programmeres, før den indsættes i et system.
• Temperaturaflæsningen er angivet i en 9-bit, to-komplementlæsning ved at udstede kommandoen LÆS TEMPERATUR i programmeringen.
• Et serielt grænseflade med 2 ledninger bruges til input til DS16121 til temperaturindstillinger og output for temperaturaflæsning fra DS1621

Fotokredit:

• Temperaturføler ved wikimedia