Temperatursensorer - Typer, arbeid og drift

Temperatur er den mest målte miljømengden. Dette kan forventes siden de fleste fysiske, elektroniske, kjemiske, mekaniske og biologiske systemer påvirkes av temperatur. Visse kjemiske reaksjoner, biologiske prosesser og til og med elektroniske kretser fungerer best innen begrensede temperaturområder. Temperatur er en av de mest målte variablene, og det er derfor ikke overraskende at det er mange måter å føle den på. Temperatursensing kan gjøres enten gjennom direkte kontakt med varmekilden eller eksternt, uten direkte kontakt med kilden ved bruk av utstrålt energi i stedet. Det finnes et bredt utvalg av temperatursensorer på markedet i dag, inkludert termoelementer, motstandstemperaturdetektorer (RTD), termistorer, infrarøde sensorer og halvlederfølere.

5 typer temperatursensorer

• Termoelement : Det er en type temperatursensor, som er laget ved å forbinde to forskjellige metaller i den ene enden. Den sammenføyde enden blir referert til som HOT JUNCTION. Den andre enden av disse forskjellige metaller blir referert til som COLD END eller COLD JUNCTION. Det kalde krysset dannes ved det siste punktet av termoelementmateriale. Hvis det er en forskjell i temperatur mellom det varme krysset og det kalde krysset, opprettes en liten spenning. Denne spenningen blir referert til som en EMF (elektromotivkraft) og kan måles og i sin tur brukes til å indikere temperatur.

Termoelement

• RTD er en temperaturregistreringsenhet hvis motstand endres med temperaturen. Vanligvis bygget av platina, selv om enheter laget av nikkel eller kobber ikke er uvanlige, kan RTD-er ha mange forskjellige former som trådviklet, tynn film. For å måle motstanden over en RTD, bruk en konstant strøm, måle den resulterende spenningen og bestemme RTD-motstanden. RTD viser relativt lineære motstand mot temperaturkurver over deres driftsregioner og enhver ikke-linearitet er svært forutsigbar og repeterbar. PT100 RTD evalueringskort bruker RTD for overflatemontering for å måle temperaturen. En ekstern 2, 3 eller 4-leder PT100 kan også knyttes til måling av temperatur i avsidesliggende områder. RTD-ene er forspente ved hjelp av en konstant strømkilde. For å redusere selvoppvarming på grunn av strømforsyning er den nåværende størrelsen moderat lav. Kretsen vist på figuren er den konstante strømkilden som bruker en referansespenning, en forsterker og en PNP-transistor.

• Termistorer : I likhet med RTD er termistoren en temperaturfølende enhet hvis motstand endres med temperaturen. Termistorer er imidlertid laget av halvledermaterialer. Motstand bestemmes på samme måte som RTD, men termistorer viser en svært ikke-lineær motstand vs. temperaturkurve. Dermed kan vi i termistorens driftsområde se en stor motstandsendring for en veldig liten temperaturendring. Dette gir en svært sensitiv enhet, ideell for settpunktapplikasjoner.

• Halvleder sensorer : De er klassifisert i forskjellige typer som spenningsutgang, strømutgang, digital utgang, motstandsutgangssilisium og diodetemperaturfølere. Moderne halvleder temperaturfølere har høy nøyaktighet og høy linearitet over et driftsområde på omtrent 55 ° C til + 150 ° C. Interne forsterkere kan skalere utgangen til praktiske verdier, for eksempel 10mV / ° C. De er også nyttige i kompensasjonskretser med kaldt kryss for termoelementer med stort temperaturområde. Kort informasjon om denne typen temperatursensor er gitt nedenfor.

Sensor-IC-er

Det finnes et bredt utvalg av temperatursensor-ICer som er tilgjengelige for å forenkle et bredest mulig utvalg av temperaturovervåkingsutfordringer. Disse silisiumtemperatursensorene skiller seg betydelig fra de ovennevnte typene på et par viktige måter. Den første er driftstemperaturområdet. En temperatursensor IC kan operere over det nominelle IC-temperaturområdet fra -55 ° C til + 150 ° C. Den andre store forskjellen er funksjonalitet.

En silisium-temperatursensor er en integrert krets, og kan derfor inkludere omfattende signalbehandlingskretser i samme pakke som sensoren. Det er ikke nødvendig å legge til kompensasjonskretser for temperaturføler ICS. Noen av disse er analoge kretser med spenning eller strømutgang. Andre kombinerer analoge sensorkretser med spenningskomparatorer for å gi varslingsfunksjoner. Noen andre sensor-IC-er kombinerer analoge sensing-kretser med digital inngang / utgang og kontrollregistre , noe som gjør dem til en ideell løsning for mikroprosessorbaserte systemer.

Den digitale utgangssensoren inneholder vanligvis en temperatursensor, analog-til-digital-omformer (ADC), et to-leder digitalt grensesnitt, og registre for å kontrollere IC-operasjonen. Temperaturen måles kontinuerlig og kan leses når som helst. Hvis ønskelig kan vertsprosessoren instruere sensoren om å overvåke temperaturen og ta en utgangspinne høy (eller lav) hvis temperaturen overstiger en programmert grense. Lavere terskeltemperatur kan også programmeres, og verten kan varsles når temperaturen har falt under denne terskelen. Dermed kan den digitale utgangssensoren brukes til pålitelig temperaturovervåking i mikroprosessorbaserte systemer.

Temperatur sensor

Ovennevnte temperatursensor har tre terminaler og kreves maksimalt 5,5 V forsyning. Denne sensortypen består av et materiale som fungerer i henhold til temperaturen for å variere motstanden. Denne motstandsendringen registreres av kretsen og beregner temperaturen. Når spenningen øker, stiger også temperaturen. Vi kan se denne operasjonen ved å bruke en diode.

Temperatursensorer direkte koblet til mikroprosessorinngang og dermed i stand til direkte og pålitelig kommunikasjon med mikroprosessorer. Sensorenheten kan kommunisere effektivt med lave prosessorer uten behov for A / D-omformere.

Et eksempel på en temperatursensor er LM35 . LM35-serien er presisjonssensorer med integrert krets, hvis utgangsspenning er lineær proporsjonal med Celsius-temperaturen. LM35 opererer ved -55 ° til + 120 ° C.

Den grunnleggende temperaturføleren (+ 2 ° C til + 150 ° C) er vist i figuren nedenfor.

Funksjoner ved LM35 Temperatursensor:

• Kalibrert direkte i ˚ Celsius (Celsius)
• Klassifisert for full l −55˚ til + 150˚C rekkevidde
• Egnet for eksterne applikasjoner
• Lave kostnader på grunn av trimming på wafer-nivå
• Drift fra 4 til 30 volt
• Lav selvoppvarming,
• ± 1 / 4˚C av typisk ikke-linearitet

Drift av LM35:

• LM35 kan enkelt kobles til på samme måte som andre temperaturfølere med integrert krets. Den kan bli sittende fast eller fastgjort til en overflate, og temperaturen vil være innenfor området 0,01 ° C av overflatetemperaturen.
• Dette forutsetter at omgivelsestemperaturen er omtrent den samme som overflatetemperaturen hvis lufttemperaturen var mye høyere eller lavere enn overflatetemperaturen, ville den faktiske temperaturen til LM35-dysen være ved en mellomtemperatur mellom overflatetemperaturen og luften. temperatur.

Temperatursensorene har kjente applikasjoner innen miljø- og proseskontroll, og også i test, måling og kommunikasjon. En digital temperatur er en sensor som gir 9-biters temperaturavlesning. Digitale temperatursensorer gir utmerket presis nøyaktighet, disse er designet for å lese fra 0 ° C til 70 ° C, og det er mulig å oppnå ± 0,5 ° C nøyaktighet. Disse sensorene er helt justert med digitale temperaturavlesninger i grader Celsius.

• Digitale temperatursensorer: Digitale temperatursensorer eliminerer behovet for ekstra komponenter, for eksempel en A / D-omformer, i applikasjonen, og det er ikke nødvendig å kalibrere komponenter eller systemet ved spesifikke referansetemperaturer etter behov når du bruker termistorer. Digitale temperatursensorer håndterer alt, slik at den grunnleggende systemtemperaturovervåkingsfunksjonen kan forenkles.

Fordelene med en digital temperatursensor er viktigste med sin presise effekt i grader Celsius. Sensorutgangen er en balansert digital avlesning. Dette har ikke til hensikt andre komponenter, for eksempel en analog til digital omformer og mye enklere å bruke enn, en enkel termistor som gir en ikke-lineær motstand med temperaturvariasjon.

Et eksempel på en digital temperatursensor er DS1621, som gir en 9-biters temperaturavlesning.

Funksjoner DS1621:

1. Ingen eksterne komponenter er nødvendige.
2. Temperaturområdet fra -55 ° C til + 125 ° C i 0,5 ° intervaller måles.
3. Gir temperaturverdi som en 9-biters avlesning.
4. Bredt strømforsyningsområde (2,7V til 5,5V).
5. Konverterer temperatur til digitalt ord på mindre enn ett sekund.
6. Termostatiske innstillinger er brukerdefinerbare og ikke-flyktige.
7. Det er en 8-pinners DIP.

Pin Beskrivelse:

• SDA - 2-leders seriell datainngang / -utgang.
• SCL - 2-leders seriell klokke.
• GND - bakken.
• TOUT - Termostatutgangssignal.
• A0 - Chipadresseinngang.
• A1 - Chipadresseinngang.
• A2 - Chip Address Input.
• VDD - Strømforsyningsspenning.

Arbeid med DS1621:

• Når enhetens temperatur overstiger en brukerdefinert temperatur HØY, er utgangen TOUT aktiv. Utgangen forblir aktiv til temperaturen synker under den brukerdefinerte temperaturen LAV.
• Brukerdefinerte temperaturinnstillinger lagres i ikke-flyktig minne, slik at de kan programmeres før de settes inn i et system.
• Temperaturavlesningen er gitt i en 9-bit, to-komplementsavlesning ved å utstede kommandoen LES TEMPERATUR i programmeringen.
• Et 2-leders serielt grensesnitt brukes til inngang til DS16121 for temperaturinnstillinger og utgang for temperaturavlesning fra DS1621

Fotokreditt:

• Temperatursensor av wikimedia