Sıcaklık Sensörleri - Tipler, Çalışma ve Çalıştırma

Sıcaklık, en sık ölçülen çevresel niceliktir. Çoğu fiziksel, elektronik, kimyasal, mekanik ve biyolojik sistem sıcaklıktan etkilendiği için bu beklenebilir. Belirli kimyasal reaksiyonlar, biyolojik süreçler ve hatta elektronik devreler sınırlı sıcaklık aralıklarında en iyi performansı gösterir. Sıcaklık, en yaygın ölçülen değişkenlerden biridir ve bu nedenle, onu algılamanın birçok yolu olması şaşırtıcı değildir. Sıcaklık algılama ısıtma kaynağıyla doğrudan temas yoluyla veya bunun yerine yayılan enerji kullanılarak kaynakla doğrudan temas olmadan uzaktan yapılabilir. Bugün piyasada Termokupllar, Direnç Sıcaklık Dedektörleri (RTD'ler), Termistörler, Kızılötesi ve Yarı İletken Sensörleri dahil olmak üzere çok çeşitli sıcaklık sensörleri bulunmaktadır.

5 Tip Sıcaklık Sensörü

• Termokupl : Birbirine benzemeyen iki metalin bir ucunda birleştirilmesiyle yapılan sıcaklık sensörü çeşididir. Birleştirilen uç, SICAK KAVŞAK olarak adlandırılır. Bu farklı metallerin diğer ucuna COLD END veya COLD JUNCTION denir. Soğuk bağlantı termokupl malzemesinin son noktasında oluşturulur. Sıcak bağlantı ile soğuk bağlantı arasında bir sıcaklık farkı varsa, küçük bir voltaj oluşur. Bu voltaj bir EMF (elektromotor kuvvet) olarak adlandırılır ve ölçülebilir ve ardından sıcaklığı göstermek için kullanılabilir.

Termokupl

• RTD direnci sıcaklıkla değişen sıcaklık algılama cihazıdır. Nikel veya bakırdan yapılan cihazlar nadir olmasa da, tipik olarak platinden yapılmıştır, RTD'ler tel sargısı, ince film gibi birçok farklı şekil alabilir. Bir RTD üzerindeki direnci ölçmek için, sabit bir akım uygulayın, ortaya çıkan voltajı ölçün ve RTD direncini belirleyin. RTD'ler oldukça doğrusaldır sıcaklık eğrilerine direnç çalışma bölgeleri üzerinde ve herhangi bir doğrusal olmama durumu oldukça öngörülebilir ve tekrarlanabilir. PT100 RTD değerlendirme kartı, sıcaklığı ölçmek için yüzeye monte RTD kullanır. Harici bir 2, 3 veya 4 telli PT100, uzak bölgelerdeki ölçüm sıcaklığı ile de ilişkilendirilebilir. RTD'ler, sabit bir akım kaynağı kullanılarak önyargılıdır. Güç kaybı nedeniyle kendi kendine ısınmayı azaltmak için, mevcut büyüklük orta derecede düşüktür. Şekilde gösterilen devre, bir referans voltajı, bir amplifikatör ve bir PNP transistörü kullanan sabit akım kaynağıdır.

• Termistörler : RTD'ye benzer şekilde, termistör, direnci sıcaklıkla değişen bir sıcaklık algılama cihazıdır. Bununla birlikte termistörler yarı iletken malzemelerden yapılmıştır. Direnç, RTD ile aynı şekilde belirlenir, ancak termistörler, sıcaklık eğrisine karşı oldukça doğrusal olmayan bir direnç sergiler. Böylece termistörlerin çalışma aralığında, çok küçük bir sıcaklık değişimi için büyük bir direnç değişikliği görebiliriz. Bu, son derece hassas bir cihazı ayar noktası uygulamaları için ideal hale getirir.

• Yarı iletken sensörler : Voltaj çıkışı, Akım çıkışı, Dijital çıkış, Direnç çıkışı silikon ve Diyot sıcaklık sensörleri gibi farklı tiplerde sınıflandırılırlar. Modern yarı iletken sıcaklık sensörleri, yaklaşık 55 ° C ila + 150 ° C çalışma aralığında yüksek doğruluk ve yüksek doğrusallık sunar. Dahili amplifikatörler, çıkışı 10mV / ° C gibi uygun değerlere ölçekleyebilir. Ayrıca geniş sıcaklık aralıklı termokupllar için soğuk bağlantı kompanzasyon devrelerinde de kullanışlıdırlar. Bu tip sıcaklık sensörü ile ilgili kısa detaylar aşağıda verilmiştir.

Sensör IC'leri

Mümkün olan en geniş sıcaklık izleme zorlukları aralığını basitleştirmek için çok çeşitli sıcaklık sensörü IC'leri mevcuttur. Bu silikon sıcaklık sensörleri, birkaç önemli şekilde yukarıda belirtilen tiplerden önemli ölçüde farklıdır. Birincisi, çalışma sıcaklığı aralığıdır. Bir sıcaklık sensörü IC, -55 ° C ila + 150 ° C nominal IC sıcaklık aralığında çalışabilir. İkinci büyük fark, işlevselliktir.

Bir silikon sıcaklık sensörü entegre bir devredir ve bu nedenle sensör ile aynı paket içinde kapsamlı sinyal işleme devresi içerebilir. Sıcaklık sensörü ICS'si için kompanzasyon devreleri eklemeye gerek yoktur. Bunlardan bazıları voltaj veya akım çıkışlı analog devrelerdir. Diğerleri, uyarı işlevleri sağlamak için analog algılama devrelerini voltaj karşılaştırıcılarla birleştirir. Diğer bazı sensör IC'leri, analog algılama devresini dijital giriş / çıkış ile birleştirir ve kontrol kayıtları mikroişlemci tabanlı sistemler için ideal bir çözüm haline getiriyor.

Dijital çıkış sensörü genellikle bir sıcaklık sensörü, analogdan dijitale dönüştürücü (ADC), iki kablolu bir dijital arayüz ve IC'nin çalışmasını kontrol etmek için kayıtlar içerir. Sıcaklık sürekli olarak ölçülür ve herhangi bir zamanda okunabilir. İstenirse, ana işlemci, sensöre sıcaklığı izleme ve sıcaklık programlanmış bir sınırı aşarsa bir çıkış pini yüksek (veya düşük) alması talimatını verebilir. Alt eşik sıcaklığı da programlanabilir ve sıcaklık bu eşiğin altına düştüğünde ana bilgisayar bilgilendirilebilir. Böylece, dijital çıkış sensörü, mikroişlemci tabanlı sistemlerde güvenilir sıcaklık izleme için kullanılabilir.

Sıcaklık sensörü

Yukarıdaki sıcaklık sensörünün üç terminali vardır ve Maksimum 5,5 V besleme gereklidir. Bu tip sensör, direnci değiştirmek için sıcaklığa göre çalışan bir malzemeden oluşur. Bu direnç değişikliği devre tarafından algılanır ve sıcaklığı hesaplar. Voltaj arttığında sıcaklık da yükselir. Bu işlemi bir diyot kullanarak görebiliriz.

Mikroişlemci girişine doğrudan bağlanan ve dolayısıyla mikro işlemcilerle doğrudan ve güvenilir iletişim kurabilen sıcaklık sensörleri. Sensör ünitesi, A / D dönüştürücülere ihtiyaç duymadan düşük maliyetli işlemcilerle etkili bir şekilde iletişim kurabilir.

Sıcaklık sensörüne bir örnek: LM35 . LM35 serisi, çıkış voltajı Celsius sıcaklığıyla doğrusal orantılı olan hassas entegre devre sıcaklık sensörleridir. LM35, -55˚ ile + 120˚C arasında çalışır.

Temel santigrat sıcaklık sensörü (+ 2˚C ila + 150˚C) aşağıdaki şekilde gösterilmektedir.

LM35 Sıcaklık Sensörünün Özellikleri:

• Doğrudan ˚ Celsius (Santigrat) olarak kalibre edildi
• Tam l −55˚ ila + 150˚C aralığı için derecelendirilmiştir
• Uzak uygulamalar için uygun
• Gofret düzeyinde kırpma nedeniyle düşük maliyet
• 4 ila 30 volt arasında çalışır
• Düşük kendi kendine ısınma,
• ± 1 / 4˚C tipik doğrusal olmama

LM35'in çalışması:

• LM35, diğer entegre devre sıcaklık sensörleriyle aynı şekilde kolayca bağlanabilir. Bir yüzeye yapıştırılabilir veya kurulabilir ve sıcaklığı yüzey sıcaklığının 0,01˚C aralığında olacaktır.
• Bu, hava sıcaklığının yüzey sıcaklığından çok daha yüksek veya daha düşük olması durumunda ortam hava sıcaklığının yüzey sıcaklığı ile hemen hemen aynı olduğunu varsayar, LM35 kalıbının gerçek sıcaklığı, yüzey sıcaklığı ile hava arasındaki bir ara sıcaklıkta olacaktır. sıcaklık.

Sıcaklık sensörleri, çevre ve proses kontrolünde ve ayrıca test, ölçüm ve iletişimde iyi bilinen uygulamalara sahiptir. Dijital sıcaklık, 9 bitlik sıcaklık okumaları sağlayan bir sensördür. Dijital sıcaklık sensörleri mükemmel hassas doğruluk sunar, bunlar 0 ° C ile 70 ° C arasında okumak için tasarlanmıştır ve ± 0,5 ° C hassasiyete ulaşmak mümkündür. Bu sensörler, Santigrat derece cinsinden dijital sıcaklık okumaları ile tamamen uyumludur.

• Dijital Sıcaklık Sensörleri: Dijital sıcaklık sensörleri, uygulama içinde A / D dönüştürücü gibi ekstra bileşenlere olan ihtiyacı ortadan kaldırır ve termistörleri kullanırken gerektiğinde bileşenleri veya sistemi belirli referans sıcaklıklarında kalibre etmeye gerek yoktur. Dijital sıcaklık sensörleri her şeyi hallederek temel sistem sıcaklığı izleme işlevinin basitleştirilmesini sağlar.

Dijital sıcaklık sensörünün avantajları, Santigrat derece cinsinden hassas çıkışı ile temeldir. Sensör çıkışı dengeli bir dijital okumadır. Bu, analogdan dijitale dönüştürücü gibi ve kullanımı, sıcaklık değişimiyle doğrusal olmayan bir direnç sağlayan basit bir termistörden çok daha basit olan başka hiçbir bileşene sahip değildir.

Dijital sıcaklık sensörüne bir örnek, 9 bitlik bir sıcaklık okuması sağlayan DS1621'dir.

DS1621 Özellikleri:

1. Harici bileşen gerekmez.
2. 0.5⁰ aralıklarla -55⁰C ile + 125⁰C sıcaklık aralığı ölçülür.
3. Sıcaklık değerini 9 bitlik bir okuma olarak verir.
4. Geniş güç kaynağı aralığı (2.7V - 5.5V).
5. Bir saniyeden daha kısa bir sürede sıcaklığı dijital kelimeye dönüştürür.
6. Termostatik ayarlar kullanıcı tarafından tanımlanabilir ve Kalıcı değildir.
7. 8 pimli bir DIP'dir.

Pin Açıklaması:

• SDA - 2 Kablolu Seri Veri Girişi / Çıkışı.
• SCL - 2-Kablolu Seri Saat.
• GND - Toprak.
• TOUT - Termostat Çıkış Sinyali.
• A0 - Çip Adresi Girişi.
• A1 - Çip Adres Girişi.
• A2 - Çip Adresi Girişi.
• VDD - Güç Kaynağı Voltajı.

DS1621'in Çalışması:

• Cihazın sıcaklığı, kullanıcı tanımlı bir HIGH sıcaklığı aştığında TOUT çıkışı aktif olur. Sıcaklık, kullanıcı tarafından tanımlanan DÜŞÜK sıcaklığın altına düşene kadar çıkış aktif kalacaktır.
• Kullanıcı tanımlı sıcaklık ayarları kalıcı belleğe kaydedilir, böylece bir sisteme yerleştirilmeden önce programlanabilir.
• Sıcaklık okuması, programlamada READ TEMPERATURE (SICAKLIK OKU) komutu verilerek 9 bitlik, ikiye tamamlayıcı okuma olarak sağlanır.
• Sıcaklık ayarları ve DS1621'den sıcaklık okuma çıkışı için DS16121'e giriş için 2 kablolu bir seri arayüz kullanılır.

Fotoğraf kredisi:

• Sıcaklık Sensörü wikimedia