Temperatuursensoren - soorten, werking en bediening

Temperatuur is de meest gemeten omgevingsgrootheid. Dit kan worden verwacht aangezien de meeste fysieke, elektronische, chemische, mechanische en biologische systemen worden beïnvloed door temperatuur. Bepaalde chemische reacties, biologische processen en zelfs elektronische circuits presteren het best binnen beperkte temperatuurbereiken. Temperatuur is een van de meest gemeten variabelen en het is daarom niet verwonderlijk dat er veel manieren zijn om deze waar te nemen. Temperatuurmeting kan worden gedaan door direct contact met de warmtebron of op afstand, zonder direct contact met de bron met behulp van uitgestraalde energie. Er is tegenwoordig een grote verscheidenheid aan temperatuursensoren op de markt, waaronder thermokoppels, weerstandstemperatuurdetectoren (RTD's), thermistors, infrarood- en halfgeleidersensoren.

5 soorten temperatuursensoren

• Thermokoppel : Het is een soort temperatuursensor, die wordt gemaakt door twee ongelijke metalen aan één uiteinde met elkaar te verbinden. Het samengevoegde uiteinde wordt de HOT JUNCTION genoemd. Het andere uiteinde van deze ongelijke metalen wordt de COLD END of COLD JUNCTION genoemd. De koude overgang wordt gevormd op het laatste punt van thermokoppelmateriaal. Als er een temperatuurverschil is tussen de warme overgang en de koude overgang, ontstaat er een kleine spanning. Deze spanning wordt een EMF (elektro-aandrijfkracht) genoemd en kan worden gemeten en op zijn beurt worden gebruikt om de temperatuur aan te geven.

Thermokoppel

• De RTD is een temperatuurmeetapparaat waarvan de weerstand verandert met de temperatuur. Meestal gemaakt van platina, hoewel apparaten gemaakt van nikkel of koper niet ongewoon zijn, kunnen RTD's veel verschillende vormen aannemen, zoals draadgewonden, dunne film. Om de weerstand over een RTD te meten, past u een constante stroom toe, meet u de resulterende spanning en bepaalt u de RTD-weerstand. RTD's vertonen tamelijk lineair weerstand tegen temperatuurcurven over hun operationele regio's en elke niet-lineariteit is zeer voorspelbaar en herhaalbaar. Het PT100 RTD-evaluatiebord gebruikt RTD voor opbouwmontage om de temperatuur te meten. Een externe 2-, 3- of 4-draads PT100 kan ook worden geassocieerd met temperatuurmeting in afgelegen gebieden. De RTD's zijn voorgespannen met behulp van een constante stroombron. Om zelfopwarming als gevolg van vermogensdissipatie te verminderen, is de huidige magnitude matig laag. Het circuit dat in de afbeelding wordt getoond, is dat de constante stroombron een referentiespanning, één versterker en een PNP-transistor gebruikt.

• Thermistoren : Net als bij de RTD, is de thermistor een temperatuurmeetapparaat waarvan de weerstand verandert met de temperatuur. Thermistors zijn echter gemaakt van halfgeleidermaterialen. De weerstand wordt op dezelfde manier bepaald als de RTD, maar thermistors vertonen een sterk niet-lineaire weerstand versus temperatuurcurve. Dus in het werkbereik van de thermistors kunnen we een grote weerstandsverandering zien voor een zeer kleine temperatuurverandering. Dit zorgt voor een zeer gevoelig apparaat, ideaal voor setpoint-toepassingen.

• Halfgeleider sensoren : Ze worden ingedeeld in verschillende typen, zoals spanningsuitgang, stroomuitgang, digitale uitgang, weerstandsuitgang silicium en diodetemperatuursensoren. Moderne halfgeleidertemperatuursensoren bieden een hoge nauwkeurigheid en hoge lineariteit over een werkbereik van ongeveer 55 ° C tot + 150 ° C. Interne versterkers kunnen de output schalen naar handige waarden, zoals 10mV / ° C. Ze zijn ook nuttig in compensatiecircuits voor koude overgangen voor thermokoppels met een groot temperatuurbereik. Hieronder vindt u korte details over dit type temperatuursensor.

Sensor-IC's

Er is een grote verscheidenheid aan temperatuursensor-IC's beschikbaar om een ​​zo breed mogelijk scala aan uitdagingen op het gebied van temperatuurbewaking te vereenvoudigen. Deze silicium temperatuursensoren verschillen aanzienlijk van de bovengenoemde typen op een aantal belangrijke manieren. De eerste is het bedrijfstemperatuurbereik. Een temperatuursensor-IC kan werken binnen het nominale IC-temperatuurbereik van -55 ° C tot + 150 ° C. Het tweede grote verschil is functionaliteit.

Een silicium temperatuursensor is een geïntegreerde schakeling en kan daarom uitgebreide signaalverwerkingsschakelingen bevatten binnen dezelfde verpakking als de sensor. Het is niet nodig om compensatiecircuits toe te voegen voor temperatuursensor ICS. Sommige hiervan zijn analoge circuits met een spanning- of stroomuitgang. Anderen combineren analoge detectiecircuits met spanningsvergelijkers om waarschuwingsfuncties te bieden. Sommige andere sensor-IC's combineren analoge detectiecircuits met digitale invoer / uitvoer en controle registers , waardoor ze een ideale oplossing zijn voor op microprocessors gebaseerde systemen.

De digitale uitgangssensor bevat meestal een temperatuursensor, analoog-naar-digitaal-omzetter (ADC), een tweedraads digitale interface en registers voor het besturen van de werking van de IC. De temperatuur wordt continu gemeten en kan op elk moment worden afgelezen. Indien gewenst kan de hostprocessor de sensor instrueren om de temperatuur te bewaken en een outputpin hoog (of laag) te nemen als de temperatuur een geprogrammeerde limiet overschrijdt. Lagere temperatuur kan ook worden geprogrammeerd en de gastheer kan worden geïnformeerd wanneer de temperatuur onder deze drempel is gedaald. Zo kan de digitale uitgangssensor worden gebruikt voor betrouwbare temperatuurbewaking in microprocessorgestuurde systemen.

Temperatuursensor

De bovenstaande temperatuursensor heeft drie klemmen en vereist Maximaal 5,5 V-voeding. Dit type sensor bestaat uit een materiaal dat werkt op basis van temperatuur om de weerstand te variëren. Deze weerstandsverandering wordt waargenomen door het circuit en berekent de temperatuur. Als de spanning stijgt, stijgt ook de temperatuur. We kunnen deze bewerking zien door een diode te gebruiken.

Temperatuursensoren rechtstreeks aangesloten op de microprocessor-ingang en dus in staat tot directe en betrouwbare communicatie met microprocessoren. De sensoreenheid kan effectief communiceren met goedkope processors zonder de noodzaak van A / D-converters.

Een voorbeeld van een temperatuursensor is LM35 ​De LM35-serie zijn nauwkeurige temperatuursensoren met geïntegreerde schakelingen, waarvan de uitgangsspanning lineair evenredig is met de temperatuur in Celsius. De LM35 werkt bij -55˚ tot + 120˚C.

De basis temperatuursensor Celsius (+ 2˚C tot + 150˚C) wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding.

Kenmerken van LM35-temperatuursensor:

• Direct gekalibreerd in ˚ Celsius (Celsius)
• Geschikt voor volledig bereik van l −55˚ tot + 150˚C
• Geschikt voor toepassingen op afstand
• Lage kosten dankzij trimmen op wafelniveau
• Werkt van 4 tot 30 volt
• Lage zelfopwarming,
• ± 1 / 4˚C typische niet-lineariteit

Werking van LM35:

• De LM35 kan eenvoudig worden aangesloten op dezelfde manier als andere temperatuursensoren met geïntegreerde schakelingen. Het kan op een oppervlak worden geplakt of vastgemaakt en de temperatuur zal binnen het bereik van 0,01˚C van de oppervlaktetemperatuur liggen.
• Dit veronderstelt dat de omgevingsluchttemperatuur ongeveer hetzelfde is als de oppervlaktetemperatuur als de luchttemperatuur veel hoger of lager zou zijn dan de oppervlaktetemperatuur, de werkelijke temperatuur van de LM35-matrijs zou liggen op een tussenliggende temperatuur tussen de oppervlaktetemperatuur en de lucht temperatuur.

De temperatuursensoren hebben bekende toepassingen in omgevings- en procesbeheersing en ook bij het testen, meten en communiceren. Een digitale temperatuur is een sensor die 9-bits temperatuurmetingen levert. Digitale temperatuursensoren bieden een uitstekende nauwkeurige nauwkeurigheid, deze zijn ontworpen om te lezen van 0 ° C tot 70 ° C en het is mogelijk om een ​​nauwkeurigheid van ± 0,5 ° C te bereiken. Deze sensoren zijn volledig uitgelijnd met digitale temperatuurmetingen in graden Celsius.

• Digitale temperatuursensoren: Digitale temperatuursensoren elimineren de noodzaak voor extra componenten, zoals een A / D-omzetter, binnen de toepassing en het is niet nodig om componenten of het systeem te kalibreren op specifieke referentietemperaturen als dat nodig is bij het gebruik van thermistors. Digitale temperatuursensoren kunnen alles aan, waardoor de basisfunctie van de systeemtemperatuurbewaking kan worden vereenvoudigd.

De voordelen van een digitale temperatuursensor zijn het belangrijkste met zijn precisie-output in graden Celsius. De sensoruitgang is een gebalanceerde digitale aflezing. Dit is niet bedoeld voor andere componenten, zoals een analoog-naar-digitaal-omzetter en veel eenvoudiger te gebruiken dan een eenvoudige thermistor die een niet-lineaire weerstand biedt met temperatuurvariatie.

Een voorbeeld van een digitale temperatuursensor is DS1621, die een 9-bits temperatuurmeting biedt.

Kenmerken DS1621:

1. Er zijn geen externe componenten nodig.
2. Het temperatuurbereik van -55⁰C tot + 125⁰C in intervallen van 0,5⁰ wordt gemeten.
3. Geeft temperatuurwaarde als een 9-bits uitlezing.
4. Breed voedingsbereik (2,7V tot 5,5V).
5. Zet temperatuur in minder dan een seconde om in een digitaal woord.
6. Thermostatische instellingen zijn door de gebruiker te definiëren en niet-vluchtig.
7. Het is een 8-pins DIP.

Pin Beschrijving:

• SDA - 2-draads seriële gegevensinvoer / -uitvoer.
• SCL - 2-draads seriële klok.
• GND - Aarde.
• TOUT - Uitgangssignaal thermostaat.
• A0 - Chipadresinvoer.
• A1 - Chipadresinvoer.
• A2 - Invoer chipadres.
• VDD - Voedingsspanning.

Werking van DS1621:

• Wanneer de temperatuur van het apparaat een door de gebruiker gedefinieerde temperatuur HOOG overschrijdt, is de uitgang TOUT actief. De uitgang blijft actief totdat de temperatuur daalt tot onder de door de gebruiker gedefinieerde temperatuur LOW.
• Door de gebruiker gedefinieerde temperatuurinstellingen worden opgeslagen in een niet-vluchtig geheugen, zodat ze kunnen worden geprogrammeerd voordat ze in een systeem worden geplaatst.
• De temperatuurmeting wordt geleverd in een 9-bit, twee-complement-meting door het READ TEMPERATURE-commando in de programmering te geven.
• Een 2-draads seriële interface wordt gebruikt voor invoer naar de DS16121 voor de temperatuurinstellingen en uitvoer van temperatuurmetingen van de DS1621

Foto tegoed:

• Temperatuursensor van wikimedia