Temperatūros jutikliai - tipai, darbas ir valdymas

Temperatūra yra dažniausiai matuojamas aplinkos kiekis. To galima tikėtis, nes temperatūrą veikia dauguma fizinių, elektroninių, cheminių, mechaninių ir biologinių sistemų. Tam tikros cheminės reakcijos, biologiniai procesai ir net elektroninės grandinės geriausiai veikia esant ribotam temperatūros diapazonui. Temperatūra yra vienas iš dažniausiai matuojamų kintamųjų, todėl nenuostabu, kad yra daug būdų ją nustatyti. Temperatūros jutimas gali būti atliekamas tiesiogiai kontaktuojant su šildymo šaltiniu arba nuotoliniu būdu, be tiesioginio kontakto su šaltiniu naudojant vietoj spinduliuojamos energijos. Šiandien rinkoje yra daugybė temperatūros jutiklių, įskaitant termoelementus, atsparumo temperatūros detektorius (RTD), termistorius, infraraudonųjų spindulių ir puslaidininkių jutiklius.

5 temperatūros jutiklių tipai

• Termoelementas : Tai yra temperatūros jutiklio tipas, kuris gaminamas sujungiant du skirtingus metalus viename gale. Sujungtas galas vadinamas KARŠTA JUNKCIJA. Kitas šių nepanašių metalų galas vadinamas ŠALTOJO PABAIGO arba ŠALTOSIOS JUNKCIJOS. Šaltoji jungtis susidaro paskutiniame termoporos medžiagos taške. Jei tarp karšto ir šalto mazgo yra temperatūros skirtumas, susidaro nedidelė įtampa. Ši įtampa vadinama EMF (elektrovara), ją galima išmatuoti ir savo ruožtu naudoti temperatūrai nurodyti.

Termoelementas

• MTTP yra temperatūros jutiklis, kurio atsparumas kinta priklausomai nuo temperatūros. Paprastai statomi iš platinos, nors iš nikelio ar vario pagaminti prietaisai nėra reti, RTD gali būti įvairių formų, pavyzdžiui, vielos suvyniota, plona plėvelė. Norėdami išmatuoti pasipriešinimą RTD, naudokite pastovią srovę, išmatuokite gautą įtampą ir nustatykite RTD varžą. RTD yra gana linijinės atsparumas temperatūros kreivėms veikimo regionuose, o bet koks netiesiškumas yra labai nuspėjamas ir pakartojamas. PT100 RTD vertinimo plokštė naudoja paviršiaus tvirtinimo RTD temperatūrai matuoti. Išorinis 2, 3 arba 4 laidų PT100 taip pat gali būti susietas su temperatūros matavimu atokiose vietovėse. RTD yra neobjektyvūs naudojant pastovios srovės šaltinį. Norint sumažinti savaiminį šilumą dėl energijos išsisklaidymo, srovės dydis yra vidutiniškai mažas. Paveikslėlyje parodyta grandinė yra pastovios srovės šaltinis, naudojant atskaitos įtampą, vieną stiprintuvą ir PNP tranzistorių.

• Termistoriai : Panašus į RTD, termistorius yra temperatūros jutiklis, kurio atsparumas kinta priklausomai nuo temperatūros. Tačiau termistoriai gaminami iš puslaidininkinių medžiagų. Atsparumas nustatomas tokiu pačiu būdu, kaip ir RTD, tačiau termistoriai pasižymi labai netiesine atsparumo ir temperatūros kreive. Taigi termistorių veikimo diapazone galime pamatyti didelį pasipriešinimo pokytį labai mažam temperatūros pokyčiui. Tai sukuria labai jautrų įrenginį, idealiai tinkantį nustatytų taškų programoms.

• Puslaidininkis jutikliai : Jie skirstomi į skirtingus tipus, tokius kaip įtampos išėjimas, srovės išėjimas, skaitmeninis išėjimas, atsparumo išėjimo silicio ir diodų temperatūros jutikliai. Šiuolaikiniai puslaidininkių temperatūros jutikliai pasižymi dideliu tikslumu ir dideliu tiesiškumu veikimo diapazone nuo 55 ° C iki + 150 ° C. Vidiniai stiprintuvai gali išvestį išmatuoti iki patogių verčių, tokių kaip 10mV / ° C. Jie taip pat naudingi šalto mazgo kompensavimo grandinėse, skirtose plataus temperatūros diapazono termoporoms. Toliau pateikiama trumpa informacija apie šio tipo temperatūros jutiklius.

Jutiklio IC

Yra daugybė temperatūros jutiklių IC, galinčių supaprastinti kuo platesnį temperatūros stebėjimo uždavinių spektrą. Šie silicio temperatūros jutikliai nuo pirmiau minėtų tipų labai skiriasi keliais svarbiais būdais. Pirmasis yra darbinės temperatūros diapazonas. Temperatūros jutiklio IC gali veikti esant nominaliajam IC temperatūros diapazonui nuo -55 ° C iki + 150 ° C. Antras pagrindinis skirtumas yra funkcionalumas.

Silicio temperatūros jutiklis yra integruota grandinė, todėl toje pačioje pakuotėje kaip jutiklis gali būti plačios signalo apdorojimo grandinės. Temperatūros jutiklio ICS nereikia pridėti kompensavimo grandinių. Kai kurie iš jų yra analoginės grandinės, turinčios įtampą arba srovės išėjimą. Kiti sujungia analogines jutimo grandines su įtampos palygintojais, kad suteiktų įspėjimo funkcijas. Kai kurie kiti jutiklių IC sujungia analoginio jutimo schemas su skaitmenine įvestimi / išvestimi ir kontrolės registrai , todėl jie yra idealus sprendimas mikroprocesorinėmis sistemomis.

Skaitmeniniame išėjimo jutiklyje paprastai yra temperatūros jutiklis, analoginis-skaitmeninis keitiklis (ADC), dviejų laidų skaitmeninė sąsaja ir registrai, skirti valdyti IC veikimą. Temperatūra nuolat matuojama ir ją galima nuskaityti bet kuriuo metu. Jei pageidaujate, pagrindinis kompiuterio procesorius gali nurodyti jutikliui stebėti temperatūrą ir paimti aukštą (arba žemą) išvesties kaištį, jei temperatūra viršija užprogramuotą ribą. Taip pat galima užprogramuoti žemesnės slenksčio temperatūrą ir pranešti šeimininkui, kai temperatūra nukrenta žemiau šios ribos. Taigi skaitmeninis išvesties jutiklis gali būti naudojamas patikimam temperatūros stebėjimui mikroprocesorinėse sistemose.

Temperatūros jutiklis

Aukščiau pateiktame temperatūros jutiklyje yra trys gnybtai ir reikalingas maksimalus 5,5 V maitinimas. Šio tipo jutikliai susideda iš medžiagos, kuri veikia pagal temperatūrą, kad būtų galima pakeisti atsparumą. Šį atsparumo pokytį jaučia grandinė ir jis apskaičiuoja temperatūrą. Padidėjus įtampai, pakyla ir temperatūra. Šią operaciją galime pamatyti naudodami diodą.

Temperatūros jutikliai, tiesiogiai prijungti prie mikroprocesoriaus įvesties ir tokiu būdu galintys tiesiogiai ir patikimai bendrauti su mikroprocesoriais. Jutiklio blokas gali efektyviai bendrauti su pigiais procesoriais, nereikia A / D keitiklių.

Temperatūros jutiklio pavyzdys yra LM35 . LM35 serija yra tikslieji integrinės grandinės temperatūros jutikliai, kurių išėjimo įtampa yra tiesiškai proporcinga Celsijaus temperatūrai. LM35 veikia nuo -55˚ iki + 120˚C.

Pagrindinis Celsijaus temperatūros jutiklis (nuo + 2 ° C iki + 150 ° C) parodytas paveikslėlyje žemiau.

LM35 temperatūros jutiklio savybės:

• Kalibruota tiesiai ˚ Celsijaus (Celsijaus)
• Įvertinta visam l −55˚ iki + 150˚C diapazonui
• Tinka nuotolinėms programoms
• Maža kaina dėl plokštelių lygio apipjaustymo
• Veikia nuo 4 iki 30 voltų
• Žemas savaiminis pašildymas,
• ± 1 / 4˚C tipinio netiesiškumo

LM35 veikimas:

• LM35 galima lengvai prijungti taip pat, kaip ir kitus integrinės grandinės temperatūros jutiklius. Jis gali būti prilipęs arba pritvirtintas prie paviršiaus, o jo temperatūra bus maždaug 0,01˚C nuo paviršiaus temperatūros.
• Tai daro prielaidą, kad aplinkos oro temperatūra yra beveik tokia pati kaip paviršiaus temperatūra, jei oro temperatūra būtų daug aukštesnė arba žemesnė nei paviršiaus temperatūra, tikroji LM35 štangos temperatūra būtų tarpinėje temperatūroje tarp paviršiaus temperatūros ir oro temperatūra.

Temperatūros jutikliai yra gerai žinomi aplinkos ir proceso valdymui, taip pat bandymams, matavimams ir ryšiams. Skaitmeninė temperatūra yra jutiklis, kuris pateikia 9 bitų temperatūros rodmenis. Skaitmeniniai temperatūros jutikliai pasižymi puikiu tiksliu tikslumu, jie yra suprojektuoti rodyti nuo 0 ° C iki 70 ° C ir galima pasiekti ± 0,5 ° C tikslumą. Šie jutikliai visiškai suderinti su skaitmeniniais temperatūros rodmenimis Celsijaus laipsniais.

• Skaitmeniniai temperatūros jutikliai: Skaitmeniniai temperatūros jutikliai pašalina papildomų komponentų, tokių kaip A / D keitiklį, poreikį programoje ir nereikia naudoti komponentų ar sistemos esant tam tikroms etaloninėms temperatūroms, jei reikia, naudojant termistorius. Skaitmeniniai temperatūros jutikliai sprendžia viską, suteikdami galimybę supaprastinti pagrindinę sistemos temperatūros stebėjimo funkciją.

Skaitmeninio temperatūros jutiklio privalumai yra svarbiausi, nes jo tikslumas yra Celsijaus laipsniai. Jutiklio išvestis yra subalansuotas skaitmeninis rodmuo. Tai neketina naudoti jokių kitų komponentų, tokių kaip analoginis skaitmeninis keitiklis ir daug paprasčiau naudoti nei paprastas termistorius, užtikrinantis netiesinį pasipriešinimą su temperatūros pokyčiais.

Skaitmeninio temperatūros jutiklio pavyzdys yra DS1621, kuris pateikia 9 bitų temperatūros rodmenis.

Funkcijos DS1621:

1. Išorinių komponentų nereikia.
2. Matuojamas temperatūros diapazonas nuo -55 ° C iki + 125 ° C 0,5 ° intervalais.
3. Pateikia temperatūros vertę kaip 9 bitų rodmenį.
4. Platus maitinimo šaltinis (nuo 2,7 iki 5,5 V).
5. Temperatūrą paverčia skaitmeniniu žodžiu per mažiau nei vieną sekundę.
6. Termostatinius nustatymus vartotojas gali apibrėžti ir nepastovus.
7. Tai 8 kontaktų DIP.

Smeigtuko aprašymas:

• SDA - 2 laidų nuoseklių duomenų įvestis / išvestis.
• SCL - 2 laidų nuoseklusis laikrodis.
• GND - žemė.
• TOUT - termostato išėjimo signalas.
• A0 - lusto adreso įvestis.
• A1 - lusto adreso įvestis.
• A2 - lusto adreso įvestis.
• VDD - maitinimo įtampa.

DS1621 veikimas:

• Kai prietaiso temperatūra viršija vartotojo nustatytą aukštą temperatūrą, išėjimas TOUT yra aktyvus. Išėjimas išliks aktyvus tol, kol temperatūra nukris žemiau vartotojo nustatytos žemos temperatūros.
• Vartotojo nustatyti temperatūros nustatymai išsaugomi nepastovioje atmintyje, todėl juos galima užprogramuoti prieš dedant į sistemą.
• Temperatūros rodmuo pateikiamas 9 bitų, dviejų komplemento rodmenų, programuojant išduodant komandą READ TEMPERATURE.
• 2 laidų nuoseklioji sąsaja naudojama įvedant DS16121 temperatūros nustatymams ir temperatūros rodmenų išvesties iš DS1621

Nuotraukų kreditas:

• Temperatūros jutiklis wikimedia