Sensors de temperatura: tipus, funcionament i funcionament

Proveu El Nostre Instrument Per Eliminar Problemes





La temperatura és la quantitat ambiental mesurada més sovint. Això es podria esperar ja que la majoria dels sistemes físics, electrònics, químics, mecànics i biològics es veuen afectats per la temperatura. Certes reaccions químiques, processos biològics i fins i tot circuits electrònics funcionen millor dins d’uns rangs de temperatura limitats. La temperatura és una de les variables mesurades més sovint i, per tant, no és estrany que hi hagi moltes maneres de percebre-la. Detecció de temperatura es pot fer a través del contacte directe amb la font de calefacció o de forma remota, sense contacte directe amb la font mitjançant l'energia radiada. Actualment, hi ha una gran varietat de sensors de temperatura al mercat, inclosos els termoparells, els detectors de temperatura de resistència (RTD), els termistors, els infrarrojos i els semiconductors.

5 tipus de sensors de temperatura

  • Termoparell : És un tipus de sensor de temperatura, que es fa unint dos metalls diferents en un extrem. L’extrem unit es denomina HOT JUNCTION. L’altre extrem d’aquests metalls diferents s’anomena “COLD END” o “JUNCTION FRED”. La unió freda es forma a l'últim punt del material del termoparell. Si hi ha una diferència de temperatura entre la unió calenta i la unió freda, es crea un voltatge petit. Aquesta tensió es coneix com a CEM (força electromotriu) i es pot mesurar i, al seu torn, utilitzar-la per indicar la temperatura.
Termoparell

Termoparell



  • El RTD és un dispositiu de detecció de temperatura la resistència del qual varia amb la temperatura. Normalment construïts a partir de platí, tot i que els dispositius fabricats amb níquel o coure no són infreqüents, els RTD poden adoptar moltes formes diferents, com la bobina de filferro i la pel·lícula prima. Per mesurar la resistència a través d’un RTD, apliqueu un corrent constant, mesureu la tensió resultant i determineu la resistència d’RTD. Els RTD tenen una presència bastant lineal resistència a les corbes de temperatura sobre les seves regions operatives i qualsevol no-linealitat és altament predictible i repetible. La placa d’avaluació RTD PT100 utilitza RTD de muntatge superficial per mesurar la temperatura. Un PT100 extern de 2, 3 o 4 fils també es pot associar a mesurar la temperatura en zones remotes. Els RTD estan esbiaixats mitjançant una font de corrent constant. Per reduir l’autocalor a causa de la dissipació de potència, la magnitud actual és moderadament baixa. El circuit que es mostra a la figura és que la font de corrent constant utilitza un voltatge de referència, un amplificador i un transistor PNP.

Aplicacions del mesurament de detectors de resistència

  • Termistors : De manera similar al RTD, el termistor és un dispositiu de detecció de temperatura la resistència del qual canvia amb la temperatura. Els termistors, però, estan fets de materials semiconductors. La resistència es determina de la mateixa manera que la RTD, però els termistors presenten una resistència altament no lineal contra una corba de temperatura. Així, en el rang de funcionament dels termistors, podem veure un gran canvi de resistència per a un canvi de temperatura molt petit. Això fa que sigui un dispositiu molt sensible, ideal per a aplicacions de set-point.
  • Semiconductor sensors : Es classifiquen en diferents tipus com a sortida de tensió, sortida de corrent, sortida digital, sortida de resistència de silici i sensors de temperatura de díode. Els moderns sensors de temperatura de semiconductor ofereixen una alta precisió i alta linealitat en un rang de funcionament d’uns 55 ° C a + 150 ° C. Els amplificadors interns poden escalar la sortida a valors convenients, com ara 10 mV / ° C. També són útils en circuits de compensació de juntes fredes per a termoparells de rang ampli de temperatura. A continuació es detallen breus detalls sobre aquest tipus de sensor de temperatura.

Circuits integrats de sensor

Hi ha una àmplia varietat de circuits integrats de sensors de temperatura disponibles per simplificar el rang més ampli possible de problemes de control de temperatura. Aquests sensors de temperatura de silici difereixen significativament dels tipus esmentats anteriorment de dues maneres importants. El primer és el rang de temperatura de funcionament. Un sensor de temperatura IC pot funcionar en un interval de temperatura nominal de -55 ° C a + 150 ° C. La segona gran diferència és la funcionalitat.




Un sensor de temperatura de silici és un circuit integrat i, per tant, pot incloure amplis circuits de processament de senyal dins del mateix paquet que el sensor. No cal afegir circuits de compensació del sensor de temperatura ICS. Alguns d'aquests són circuits analògics amb sortida de tensió o corrent. Altres combinen circuits de detecció analògica amb comparadors de tensió per proporcionar funcions d'alerta. Alguns altres circuits integrats de sensor combinen circuits de detecció analògica amb entrada / sortida digital i registres de control , cosa que els converteix en una solució ideal per a sistemes basats en microprocessadors.

El sensor de sortida digital sol contenir un sensor de temperatura, un convertidor analògic a digital (ADC), una interfície digital de dos fils i registres per controlar el funcionament de l’IC. La temperatura es mesura contínuament i es pot llegir en qualsevol moment. Si es desitja, el processador amfitrió pot indicar al sensor que supervisi la temperatura i que prengui un pin de sortida alt (o baix) si la temperatura supera el límit programat. També es pot programar una temperatura de llindar inferior i es pot notificar a l’amfitrió quan la temperatura hagi baixat per sota d’aquest llindar. Per tant, el sensor de sortida digital es pot utilitzar per a un control fiable de la temperatura en sistemes basats en microprocessadors.

Sensor de temperatura

Sensor de temperatura

El sensor de temperatura anterior té tres terminals i requereix una alimentació màxima de 5,5 V. Aquest tipus de sensor consisteix en un material que funciona segons la temperatura per variar la resistència. Aquest canvi de resistència és detectat pel circuit i calcula la temperatura. Quan el voltatge augmenta, la temperatura també augmenta. Podem veure aquesta operació mitjançant un díode.

Sensors de temperatura connectats directament a l'entrada del microprocessador i, per tant, capaços de comunicar-se de manera directa i fiable amb microprocessadors. La unitat de sensors pot comunicar-se eficaçment amb processadors de baix cost sense necessitat de convertidors A / D.


Un exemple de sensor de temperatura és LM35 . Les sèries LM35 són sensors de temperatura de circuit integrat de precisió, el voltatge de sortida dels quals és linealment proporcional a la temperatura Celsius. El LM35 funciona entre -55˚ i + 120˚C.

El sensor bàsic de temperatura centígrads (+ 2 centC a + 150˚C) es mostra a la figura següent.

LM35

Característiques del sensor de temperatura LM35:

  • Calibrat directament en ˚ centígrads (centígrads)
  • Valorat per a un rang complet de l -55˚ a + 150˚C
  • Apte per a aplicacions remotes
  • Baix cost a causa de la retallada a nivell d’hòstia
  • Funciona de 4 a 30 volts
  • Escalfament automàtic baix,
  • ± 1 / 4˚C de no linealitat típica

Funcionament de LM35:

  • El LM35 es pot connectar fàcilment de la mateixa manera que altres sensors de temperatura de circuit integrat. Es pot enganxar o establir a una superfície i la seva temperatura se situarà al voltant de 0,01˚C de la temperatura superficial.
  • Això suposa que la temperatura de l'ambient és gairebé la mateixa que la de la superfície si la temperatura de l'aire fos molt superior o inferior a la temperatura de la superfície, la temperatura real de la matriu LM35 estaria a una temperatura intermèdia entre la temperatura de la superfície i l'aire. temperatura.

LM35-2Els sensors de temperatura tenen aplicacions ben conegudes en control ambiental i de processos i també en proves, mesurament i comunicacions. Una temperatura digital és un sensor que proporciona lectures de temperatura de 9 bits. Els sensors digitals de temperatura ofereixen una precisió precisa excel·lent, estan dissenyats per llegir de 0 ° C a 70 ° C i és possible aconseguir una precisió de ± 0,5 ° C. Aquests sensors estan completament alineats amb les lectures de temperatura digitals en graus centígrads.

  • Sensors digitals de temperatura: Els sensors digitals de temperatura eliminen la necessitat de components addicionals, com ara un convertidor A / D, dins de l’aplicació i no cal calibrar els components o el sistema a temperatures de referència específiques quan es necessitin quan s’utilitzen termistors. Els sensors digitals de temperatura s’ocupen de tot i permeten simplificar la funció bàsica de control de temperatura del sistema.

Els avantatges d’un sensor de temperatura digital són principals amb la seva precisió de sortida en graus centígrads. La sortida del sensor és una lectura digital equilibrada. Això no pretén altres components, com ara un convertidor analògic a digital i molt més senzill d’utilitzar que un simple termistor que proporciona una resistència no lineal amb variació de temperatura.

Un exemple de sensor de temperatura digital és DS1621, que proporciona una lectura de temperatura de 9 bits.

Característiques DS1621:

  1. No es requereixen components externs.
  2. Es mesura l’interval de temperatura de -55⁰C a + 125⁰C en intervals de 0,5⁰.
  3. Dóna valor de temperatura com a lectura de 9 bits.
  4. Àmplia gamma d'alimentació (2,7 V a 5,5 V).
  5. Converteix la temperatura en paraula digital en menys d’un segon.
  6. Els paràmetres termostàtics es poden definir per l'usuari i no són volàtils.
  7. És un DIP de 8 pins.

Sensor digital de temperatura

Descripció del pin:

  • SDA: entrada / sortida de dades serials de 2 fils.
  • SCL - Rellotge sèrie de 2 fils.
  • GND - Terra.
  • TOUT: senyal de sortida del termòstat.
  • A0: entrada d’adreça del xip.
  • A1 - Entrada d’adreça de xip.
  • A2 - Entrada d’adreça de xip.
  • VDD: tensió d'alimentació.

Funcionament de DS1621:

  • Quan la temperatura del dispositiu supera la temperatura ALTA definida per l'usuari, la sortida TOUT està activa. La sortida romandrà activa fins que la temperatura baixi per sota de la temperatura definida per l’usuari BAIXA.
  • Els paràmetres de temperatura definits per l'usuari es guarden a la memòria no volàtil, de manera que es poden programar abans d'inserir-los en un sistema.
  • La lectura de la temperatura es proporciona en una lectura de complement de 9 bits, dos, emetent l’ordre READ TEMPERATURE a la programació.
  • S'utilitza una interfície sèrie de 2 fils per a l'entrada al DS16121 per a la configuració de temperatura i la sortida de lectura de temperatura des del DS1621

Circuit digital del sensor de temperatura

Crèdit fotogràfic: