Lämpötila-anturit - tyypit, työskentely ja käyttö

Lämpötila on useimmin mitattu ympäristömäärä. Tätä voidaan odottaa, koska lämpötila vaikuttaa useimpiin fyysisiin, elektronisiin, kemiallisiin, mekaanisiin ja biologisiin järjestelmiin. Tietyt kemialliset reaktiot, biologiset prosessit ja jopa elektroniset piirit toimivat parhaiten rajoitetuilla lämpötila-alueilla. Lämpötila on yksi yleisimmin mitatuista muuttujista, joten ei ole yllättävää, että sen havaitsemiseksi on monia tapoja. Lämpötilan tunnistaminen voidaan tehdä joko suoralla kosketuksella lämmönlähteen kanssa tai etänä ilman suoraa yhteyttä lähteeseen käyttämällä sen sijaan säteilyenergiaa. Nykyään markkinoilla on laaja valikoima lämpötila-antureita, mukaan lukien lämpöparit, vastuslämpötila-anturit (RTD), termistorit, infrapuna- ja puolijohdeanturit.

5 lämpötila-anturityyppiä

• Termoelementti : Se on eräänlainen lämpötila-anturi, joka valmistetaan liittämällä kaksi erilaista metallia yhteen päähän. Yhdistettyyn päähän viitataan nimellä HOT JUNCTION. Näiden erilaisten metallien toiseen päähän viitataan nimellä COLD END tai COLD JUNCTION. Kylmä liitos muodostuu lämpöparimateriaalin viimeiseen pisteeseen. Jos kuuman ja kylmän liitoksen välillä on lämpötilaeroja, syntyy pieni jännite. Tätä jännitettä kutsutaan sähkömagneettiseksi voimaksi (EMF), ja se voidaan mitata ja sitä voidaan käyttää lämpötilan osoittamiseen.

Termoelementti

• TTK on lämpötilaa mittaava laite, jonka vastus muuttuu lämpötilan mukaan. Tyypillisesti platinasta rakennettu, vaikka nikkelistä tai kuparista valmistetut laitteet eivät ole harvinaisia, RTD: t voivat olla monenlaisia, kuten lankakäämi, ohut kalvo. RTD: n vastuksen mittaamiseksi käytetään vakiovirtaa, mitataan tuloksena oleva jännite ja määritetään RTD-vastus. TTK: t ovat melko lineaarisia kestävyys lämpötilakäyrille ja epälineaarisuus on hyvin ennustettavissa ja toistettavissa. PT100 RTD -arviointilauta käyttää pinta-asennettua RTD: tä lämpötilan mittaamiseen. Ulkoinen 2, 3 tai 4-johtiminen PT100 voidaan myös liittää mittaamaan lämpötilaa syrjäisillä alueilla. RTD: t ovat esijännitettyjä käyttämällä vakiovirtalähdettä. Virran heikkenemisestä johtuvan itselämmön vähentämiseksi virran suuruus on kohtalaisen pieni. Kuvassa esitetty piiri on vakiovirtalähde, jossa käytetään referenssijännitettä, yhtä vahvistinta ja PNP-transistoria.

• Termistorit : Kuten RTD, termistori on lämpötilaa mittaava laite, jonka vastus muuttuu lämpötilan muuttuessa. Termistorit on kuitenkin valmistettu puolijohdemateriaaleista. Resistanssi määritetään samalla tavalla kuin RTD, mutta termistoreilla on erittäin epälineaarinen resistanssin ja lämpötilan käyrä. Siten termistoreiden toiminta-alueella voimme nähdä suuren vastuksen muutoksen hyvin pienelle lämpötilan muutokselle. Tämä tekee erittäin herkästä laitteesta ihanteellisen ohjearvosovelluksiin.

• Puolijohde anturit : Ne on luokiteltu erityyppisiin tyyppiin, kuten jännitelähtö, virtalähtö, digitaalilähtö, vastusulostulopii ja diodilämpötila-anturit. Nykyaikaiset puolijohde-lämpötila-anturit tarjoavat suuren tarkkuuden ja suuren lineaarisuuden noin 55 ° C - + 150 ° C toiminta-alueella. Sisäiset vahvistimet voivat skaalata lähdön sopiviin arvoihin, kuten 10mV / ° C. Ne ovat hyödyllisiä myös kylmän liitoksen kompensointipiireissä laajalle lämpötila-alueelle. Lyhyet tiedot tämän tyyppisestä lämpötila-anturista ovat alla.

Anturin IC: t

Saatavilla on laaja valikoima lämpötila-antureiden IC: itä, jotka yksinkertaistavat mahdollisimman laajaa lämpötilanseurantahaastetta. Nämä pii-lämpötila-anturit eroavat merkittävästi edellä mainituista tyyppeistä muutamalla tärkeällä tavalla. Ensimmäinen on käyttölämpötila-alue. Lämpötila-anturin IC voi toimia nimellisellä IC-lämpötila-alueella -55 ° C - + 150 ° C. Toinen suuri ero on toiminnallisuus.

Piin lämpötila-anturi on integroitu piiri, ja se voi sen vuoksi sisältää laajan signaalinkäsittelypiirin samassa paketissa kuin anturi. Lämpötila-anturin ICS: n kompensointipiirejä ei tarvitse lisätä. Jotkut näistä ovat analogisia piirejä, joissa on joko jännite- tai virtalähtö. Toiset yhdistävät analogiset anturipiirit jännitteen vertailijoihin hälytystoimintojen tarjoamiseksi. Jotkut muut anturi-IC: t yhdistävät analogisen anturin piirit digitaaliseen tuloon / lähtöön ja ohjausrekisterit , mikä tekee niistä ihanteellisen ratkaisun mikroprosessoripohjaisiin järjestelmiin.

Digitaalilähtöanturi sisältää yleensä lämpötila-anturin, analogia-digitaalimuunnin (ADC), kaksijohtimisen digitaaliliitännän ja rekistereitä IC: n toiminnan ohjaamiseksi. Lämpötilaa mitataan jatkuvasti ja se voidaan lukea milloin tahansa. Haluttaessa isäntäprosessori voi kehottaa anturia seuraamaan lämpötilaa ja ottamaan lähtönastan korkealle (tai matalalle), jos lämpötila ylittää ohjelmoidun rajan. Alempi kynnyslämpötila voidaan myös ohjelmoida ja isännälle voidaan ilmoittaa, kun lämpötila on laskenut alle tämän kynnyksen. Digitaalista lähtöanturia voidaan siten käyttää luotettavaan lämpötilan seurantaan mikroprosessoripohjaisissa järjestelmissä.

Lämpösensori

Yllä olevassa lämpötila-anturissa on kolme liitintä ja vaadittu enimmäisjännite 5,5 V. Tämän tyyppinen anturi koostuu materiaalista, joka toimii lämpötilan mukaan vastuksen muuttamiseksi. Piiri tunnistaa tämän vastuksen muutoksen ja se laskee lämpötilan. Kun jännite nousee, myös lämpötila nousee. Voimme nähdä tämän toiminnan diodilla.

Lämpötila-anturit, jotka on kytketty suoraan mikroprosessorin tuloon ja jotka pystyvät siten suoraan ja luotettavasti kommunikoimaan mikroprosessorien kanssa. Anturiyksikkö voi kommunikoida tehokkaasti edullisten prosessorien kanssa ilman A / D-muuntimia.

Esimerkki lämpötila-anturista on LM35 . LM35-sarjat ovat tarkkoja integroidun piirin lämpötila-antureita, joiden lähtöjännite on lineaarisesti verrannollinen Celsius-lämpötilaan. LM35 toimii lämpötilassa -55 ° C - + 120 ° C.

Perusasteinen lämpötila-anturi (+ 2 ° C - + 150 ° C) on esitetty alla olevassa kuvassa.

LM35-lämpötila-anturin ominaisuudet:

• Kalibroitu suoraan ˚ celsiusasteessa (celsiusaste)
• Arvioitu koko alueelle −55˚ - + 150˚C
• Sopii etäsovelluksiin
• Alhaiset hinnat johtuen kiekkotason leikkauksesta
• Toimii 4-30 volttia
• Matala itsestään lämpenevä,
• ± 1 / 4˚C tyypillistä epälineaarisuutta

LM35: n toiminta:

• LM35 voidaan liittää helposti samalla tavalla kuin muut integroidun piirin lämpötila-anturit. Se voi tarttua tai kiinnittyä pintaan ja sen lämpötila on noin 0,01˚C: n alueella pinnan lämpötilasta.
• Tämä edellyttää, että ympäristön ilman lämpötila on suunnilleen sama kuin pintalämpötila, jos ilman lämpötila olisi paljon korkeampi tai matalampi kuin pintalämpötila, LM35-suulakkeen todellinen lämpötila olisi pintalämpötilan ja ilman välisessä lämpötilassa lämpötila.

Lämpötila-antureilla on tunnettuja sovelluksia ympäristön ja prosessin ohjauksessa sekä testauksessa, mittauksessa ja viestinnässä. Digitaalinen lämpötila on anturi, joka tarjoaa 9-bittiset lämpötilalukemat. Digitaaliset lämpötila-anturit tarjoavat erinomaisen tarkan tarkkuuden, ne on suunniteltu lukemaan välillä 0 ° C - 70 ° C ja on mahdollista saavuttaa ± 0,5 ° C tarkkuus. Nämä anturit ovat täysin linjassa digitaalisten lämpötilalukemien kanssa celsiusasteina.

• Digitaaliset lämpötila-anturit: Digitaaliset lämpötila-anturit eliminoivat ylimääräisten komponenttien, kuten A / D-muuntimen, tarpeen sovelluksessa, eikä komponentteja tai järjestelmää tarvitse kalibroida tietyissä vertailulämpötiloissa tarpeen mukaan termistoreita käytettäessä. Digitaaliset lämpötila-anturit käsittelevät kaiken, mikä yksinkertaistaa järjestelmän perusvalvontatoimintoa.

Digitaalisen lämpötila-anturin edut ovat tärkeimpiä sen tarkkuusteholla celsiusasteina. Anturilähtö on tasapainoinen digitaalinen lukema. Tämä ei tarkoita muita komponentteja, kuten analogia-digitaalimuunnin ja paljon yksinkertaisempaa käyttää kuin yksinkertaista termistoria, joka tarjoaa epälineaarisen vastuksen lämpötilan vaihteluilla.

Esimerkki digitaalisesta lämpötila-anturista on DS1621, joka tarjoaa 9-bittisen lämpötilalukeman.

Ominaisuudet DS1621:

1. Ulkoisia komponentteja ei tarvita.
2. Lämpötila-alue -55 ° C - + 125 ° C 0,5 °: n välein mitataan.
3. Antaa lämpötila-arvon 9-bittisenä lukemana.
4. Laaja virtalähde (2,7 V - 5,5 V).
5. Muuntaa lämpötilan digitaaliseksi sanaksi alle sekunnissa.
6. Termostaattiasetukset ovat käyttäjän määriteltäviä ja haihtumattomia.
7. Se on 8-napainen DIP.

Tapin kuvaus:

• SDA - 2-johdininen sarjatietojen syöttö / lähtö.
• SCL - 2-johdininen sarjakello.
• GND - maa.
• TOUT - Termostaatin lähtösignaali.
• A0 - siruosoitteen syöttö.
• A1 - siruosoitteen syöttö.
• A2 - siruosoitteen syöttö.
• VDD - virtalähteen jännite.

DS1621: n toiminta:

• Kun laitteen lämpötila ylittää käyttäjän määrittelemän lämpötilan HIGH, lähtö TOUT on aktiivinen. Lähtö pysyy aktiivisena, kunnes lämpötila laskee alle käyttäjän määrittelemän matalan lämpötilan.
• Käyttäjän määrittämät lämpötila-asetukset tallennetaan haihtumattomaan muistiin, joten se voidaan ohjelmoida ennen lisäämistä järjestelmään.
• Lämpötilalukema tarjotaan 9-bittisenä, kahden komplementtilukuna antamalla READ TEMPERATURE -komento ohjelmoinnissa.
• 2-johtimista sarjaliitäntää käytetään tuloon DS16121: een lämpötilan asetusten antamiseksi ja lämpötilalukeman antamiseksi DS1621: stä

Valokuvahaku:

• Lämpötila-anturi wikimedia