Датчики температуры: виды, устройство и принцип работы

Какие бывают виды датчиков температуры. Как устроены и работают термодатчики. На что обратить внимание при выборе датчика температуры. Какие производители выпускают термодатчики.

Основные виды датчиков температуры

Датчики температуры предназначены для измерения температуры различных сред и объектов. Существует несколько основных видов термодатчиков:

• Терморезистивные датчики
• Термоэлектрические датчики (термопары)
• Полупроводниковые датчики
• Пирометры (бесконтактные датчики)
• Акустические датчики
• Пьезоэлектрические датчики

Каждый вид имеет свои особенности конструкции и принципа действия, что определяет области их применения.

Терморезистивные датчики температуры

Принцип действия терморезистивных датчиков основан на изменении электрического сопротивления материала при изменении температуры. В качестве чувствительного элемента используется терморезистор.

Основные преимущества терморезистивных датчиков:

• Высокая чувствительность
• Хорошая долговременная стабильность
• Простота создания интерфейсных схем

Различают металлические (платиновые, медные) и полупроводниковые (термисторы) терморезистивные датчики. Металлические обладают лучшей линейностью характеристик.

Термоэлектрические датчики (термопары)

Термопары состоят из двух разнородных проводников, спаянных между собой. При нагреве места спая возникает термоЭДС, пропорциональная разности температур горячего и холодного спаев.

Особенности термопар:

• Широкий диапазон измеряемых температур (от -200°C до +2200°C)
• Высокая точность измерений
• Малая инерционность
• Простота конструкции

Недостатком является необходимость компенсации температуры холодного спая для повышения точности измерений.

Полупроводниковые датчики температуры

Принцип действия полупроводниковых датчиков основан на зависимости свойств p-n перехода от температуры. В качестве чувствительного элемента могут использоваться диоды или транзисторы.

Преимущества полупроводниковых датчиков:

• Высокая чувствительность
• Хорошая линейность характеристик
• Низкая стоимость
• Возможность интеграции в микросхемы

Полупроводниковые датчики широко применяются в электронных термометрах, системах климат-контроля и других устройствах.

Пирометры (бесконтактные датчики температуры)

Пирометры позволяют измерять температуру объектов дистанционно, регистрируя их тепловое излучение. Они не требуют непосредственного контакта с измеряемым объектом.

Основные виды пирометров:

• Оптические пирометры
• Радиационные пирометры
• Цветовые пирометры

Пирометры применяются для измерения высоких температур, а также в случаях, когда контактное измерение невозможно или нежелательно.

Как выбрать датчик температуры

При выборе датчика температуры следует учитывать следующие факторы:

• Диапазон измеряемых температур
• Требуемая точность измерений
• Условия эксплуатации (агрессивная среда, высокое давление и т.д.)
• Быстродействие датчика
• Долговременная стабильность
• Тип выходного сигнала
• Стоимость датчика

Правильный выбор типа датчика и его характеристик позволит обеспечить требуемую точность и надежность измерений температуры в конкретных условиях применения.

Производители датчиков температуры

На рынке представлено множество производителей датчиков температуры. Наиболее известные из них:

• Honeywell
• Texas Instruments
• Analog Devices
• Maxim Integrated
• ОВЕН
• ТЭРА

При выборе производителя стоит обратить внимание на репутацию компании, качество продукции, наличие технической поддержки и сервисного обслуживания.

Области применения датчиков температуры

Датчики температуры находят широкое применение в различных отраслях:

• Промышленность (контроль технологических процессов)
• Энергетика (мониторинг работы оборудования)
• Транспорт (системы климат-контроля)
• Медицина (диагностическое оборудование)
• Бытовая техника (холодильники, кондиционеры)
• Метеорология (измерение температуры воздуха)

Развитие технологий приводит к появлению новых сфер применения датчиков температуры, повышая требования к их характеристикам и функциональности.

Перспективы развития датчиков температуры

Основные направления совершенствования датчиков температуры:

• Повышение точности и стабильности измерений
• Расширение диапазона измеряемых температур
• Миниатюризация датчиков
• Интеграция с беспроводными технологиями
• Разработка интеллектуальных датчиков с функциями самодиагностики
• Снижение энергопотребления

Развитие технологий Интернета вещей (IoT) открывает новые возможности для применения датчиков температуры в системах «умный дом» и промышленном интернете вещей (IIoT).

виды, устройство, принцип работы термодатчиков

 О чем эта статья

Что такое и какие бывают датчики температуры. Рассмотрена классификация термодатчиков по принципу действия, когда какие типы датчиков лучше применять. На какие характеристики необходимо обратить внимание при выборе датчиков температуры. Обзор производителей и продавцов.
Вы также можете посмотреть другие статьи. Например, «Датчики измерения влажности(гигрометры)» или «Виды давления».

Перейти к выбору и покупке датчиков температуры

Большинство технологических процессов идет сейчас по пути автоматизации. Кроме того, управление многочисленными механизмами и агрегатами, а зачастую и машинами просто немыслимо без точных измерений всевозможных физических величин. Не маловажными являются измерение давления, измерение угловой скорости, а также линейной и многие-многие другие. Но самыми распространенными (около 50%) являются температурные измерения. К примеру, средняя по величине атомная станция располагает приблизительно 1500-ю контрольных (измерительных) точек, а крупное химпроизводство, насчитывает таких уже около 20 тыс.

Так как диапазон измерений и их условия могут сильно отличатся друг от друга, разработаны разные по точности, помехоустойчивости и быстродействию типы датчиков (и первичных преобразователей). Какого бы типа не был температурный датчик, общим для всех является принцип преобразования. А именно: измеряемая температура преобразуется в электрическую величину (как раз за это и отвечает первичный преобразователь). Это обусловлено тем, что электрический сигнал просто передавать на большие расстояния (высокая скорость приема-передачи), легко обрабатывать (высокая точность измерений) и, наконец, быстродействие.

Дальше, предлагаем вам ознакомиться с различными видами датчиков температуры, а в конце статьи со список вопросов которые необходимо решить перед покупкой датчика температуры. Если же вы хотите сразу перейти к выбору и покупке термодатчика, можете воспользоваться нашим каталогом.

Виды датчиков температуры, по типу действия

Терморезистивные термодатчики

Терморезистивные термодатчики — основаны на принципе изменения электрического сопротивления (полупроводника или проводника) при изменении температуры. Разработаны они были впервые для океанографических исследований. Основным элементом является терморезистор — элемент изменяющий свое сопротивление в зависимости от температуры окружающей среды.

Несомненные преимущества термодатчиков этого типа это долговременная стабильность, высокая чувствительность, а также простота создания интерфейсных схем.

На изображении приведен датчик 702-101BBB-A00, диапазон измерения которого от -50 до +130 °С. Этот датчик относиться к группе кремневых резистивных датчиках(что это такое читайте двумя абзацами ниже). Обратите внимание, на его размеры. Производит этот датчик фирма Honeywell International

В зависимости от материалов используемых для производства терморезистивных датчиков различают:

1. Резистивные детекторы температуры(РДТ). Эти датчики состоят из металла, чаще всего платины. В принципе, любой мета изменяет свое сопротивление при воздействии температуры, но используют платину так как она обладает долговременной стабильностью, прочностью и воспроизводимостью характеристик. Для измерений температур более 600 °С может использоваться также вольфрам. Минусом этих датчиков является высокая стоимость и нелинейность характеристик.
2. Кремневые резистивные датчики. Преимущества этих датчиков —хорошая линейность и высокая долговременная стабильностью. Также эти датчики могут встраиваться прямо в микроструктуры.
3. Термисторы. Эти датчики изготавливаются из металл-оксидных соединений. Датчики измеряет только абсолютную температуру. Существенным недостатком термисторов является необходимость их калибровки и большой нелинейностью, а также старение, однако при проведении всех необходимых настроек могут использоваться для прецизионных измерений.

Полупроводниковые

В качестве примера изображен полупроводниковый датчик температуры LM75A, выпускаемый фирмой NXP Semiconductors. Диапазон измерений этого датчика от -55 до +150.

Полупроводниковые датчики регистрируют изменение характеристик p-n перехода под влиянием температуры. В качестве термодатчиков могут быть использованы любые диоды или биполярные транзисторы. Пропорциональная зависимость напряжения на транзисторах от абсолютной температуры (в Кельвинах) дает возможность реализовать довольно точный датчик.

Достоинства таких датчиков — простота и низкая стоимость, линейность характеристик, маленькая погрешность. Кроме того, эти датчики можно формировать прямо на кремневой подложке. Все это делает полупроводниковые датчики очень востребованными.

Термоэлектрические(термопары)

Термоэлектрические преобразователи — иначе, термопары. Они действуют по принципу термоэлектрического эффекта, то есть благодаря тому, что в любом замкнутом контуре (из двух разнородных полупроводников или проводников) возникнет электрический ток, в случае если места спаев отличаются по температуре. Так, один конец термопары (рабочий) погружен в среду, а другой (свободный) – нет. Таким образом, получается, что термопары это относительные датчики и выходное напряжение будет зависеть от разности температур двух частей. И почти не будет зависеть от абсолютных их значений.

Выглядеть термопара может так, как показано на рисунке. Это термопара ДТПКХХ4, она измеряет температуры в пределах от -40 до +400. Производит его российская компания Овен.

Диапазон измеряемых с их помощью температур, от -200 до 2200 градусов, и напрямую зависит от используемых в них материалов. Например, термопары из неблагородных металлов – до 1100 °С. Термопары из благородных металлов (платиновая группа) – от 1100 до 1600 градусов. Если необходимо произвести замеры температур свыше этого, используются жаростойкие сплавы (основой служит вольфрам). Как правило используется в комплекте с милливольтметром, а свободный конец (конструктивно выведенный на головку) удален от измеряемой среды с помощью удлиняющего провода. Одним из недостатков термопары является достаточно большая погрешность. Наиболее распространенным способом применения термопар являются электронные термометры.

Пирометры

Пирометры – бесконтактные датчики, регистрирующие излучение исходящее от нагретых тел. Основным достоинством пирометров (в отличие от предыдущих температурных датчиков) является отсутствие необходимости помещать датчик непосредственно в контролируемую среду. В результате такого погружения часто происходит искажение исследуемого температурного поля, не говоря уже о снижении стабильности характеристик самого датчика.

Различают три вида пирометров:

1. Флуоресцентные. При измерении температуры посредством флуоресцентных датчиков на поверхность объекта, температуру которого необходимо измерить, наносят фосфорные компоненты. Затем объект подвергают воздействию ультрафиолетового импульсного излучения, в результате которого возникает послеизлучение флуоресцентного слоя, свойства которого зависят от температуры. Это излучение детектируется и анализируется.
2. Интерферометрические. Интерферометрические датчики температуры основаны на сравнении свойств двух лучей – контрольного и пропущенного через среду, параметры которой меняются в зависимости от температуры. Чувствительным элементом этого типа датчиков чаще всего выступает тонкий кремниевый слой, на коэффициент преломления которого, а, соответственно, и на длину пути луча, влияет температура.
3. Датчики на основе растворов, меняющих цвет при температурном воздействии. В этом типе датчиков-пирометров применяется хлорид кобальта, раствор которого имеет тепловую связь с объектом, температуру которого необходимо измерить. Коэффициент поглощения видимого спектра у раствора хлорида кобальта зависит от температуры. При изменении температуры меняется величина прошедшего через раствор света.

Акустические

Акустические термодатчики – используются преимущественно для измерения средних и высоких температур. Акустический датчик построен на принципе того, что в зависимости от изменения температуры, меняется скорость распространения звука в газах. Состоит из излучателя и приемника акустических волн (пространственно разнесенных). Излучатель испускает сигнал, который проходит через исследуемую среду, в зависимости от температуры скорость сигнала меняется и приемник после получения сигнала считает эту скорость.

Используются для определения температур, которые нельзя измерить контактными методами. Также применяются в медицине для неинвазивных (без операционного проникновения внутрь тела больного) измерения глубинной температуры, например, в онкологии. Недостатками таких измерений является то, что при прикосновении они могут вызывать ответные физиологические реакции, что в свою очередь влечет искажение измерения глубинной температуры. Кроме того, могут возникать отражения на границе «датчик-тело», что также способно вызывать погрешности.

Пьезоэлектрические

В датчиках этого типа главным элементов является кварцевый пьезорезонатор.

Как известно пьезоматериал изменяет свои размеры при воздействии тока(прямой пьезоэффект). На этот пьезоматериал попеременно передается напряжение разного знака, от чего он начинает колебаться. Это и есть пьезорезонатор. Выяснено, что частота колебаний этого резонатора зависит от температуры, это явление и положено в основу пьезоэлектрического датчика температуры.

На что необходимо обратить внимание при выборе датчиков температуры

1. Температурный диапазон.
2. Можно ли погружать датчик в измеряемую среду или объект? Если расположение внутри среды недопустимо, то стоит выбирать акустические термометры и пирометры.
3. Каковы условия измерений!? Если используется агрессивная среда, то необходимо использовать либо датчики в корозийнозащитных корпусах, либо использовать бесконтактные датчики. Кроме того, необходимо предусмотреть другие условия: влажность, давление и тд.
4. Как долго датчик должен будет работать без замены и калибровки. Некоторые типы датчиков обладают относительно низкой долговременной стабильностью, например термисторы.
5. Какой выходной сигнал необходим. Некоторые датчики выдают выходной сигнал в величине тока, а некоторые автоматически пересчитывают его в градусы.
6. Другие технические параметры, такие как: время срабатывания, напряжение питания, разрешение датчиков и погрешность. Для полупроводниковых датчиков, важным также являет тип корпуса.

Производители и продавцы датчиков температуры

В нашем каталоге,  есть достаточно много различных датчиков температур, которые вы можете купить. Эти датчики продают следующие фирмы: NXP Semiconductors, ОВЕН, Texas Instruments, National Semiconductor, Analog Devices, ST Microelectronics, Компэл, Honeywell International.

Опубликована 06-11-11.

Если вам понравилась статья нажмите на одну из кнопок ниже

Датчики температуры. Виды и работа. Как выбрать и применение

Датчики температуры нужны для того, чтобы проконтролировать температуру в помещении, жидкости, твердого объекта или расплавленного металла.

Основой действия температурных датчиков в автоматизированном управлении является изменение температуры в электрический сигнал. Это обуславливает преимущества электрических измерений: результаты легко передавать по сети, скорость передачи может быть достаточно высокой. Величины могут преобразовываться друг в друга и обратно. Цифровой код создает повышенную точность замера, скорость и чувствительность.

Виды и принцип действия

Термопары

Термопара представляет собой две проволоки из разных металлов, спаянных между собой. При разности температур между горячим и холодным концом в цепи возникает электрический ток. Величина этого электрического тока зависит от термоэлектрической силы термопары, составляет от 40 до 60 мкВ, в зависимости от материала термопары. Материал термопары может быть разным. Это могут быть никель-хромовые, хромо-алюминиевые, железо-никелевые, железо-константановые и т.д.

Термопара является высокоточным датчиком температуры, однако эту точность достаточно проблематично снять. Термопара является относительным датчиком температуры, уровень ее напряжения имеет зависимость от температурной разности между спаями. При этом холодный спай находится при комнатной температуре или при какой-либо другой.

Рассмотрим работу термопары ближе. Есть две термопары и две температуры горячего и холодного конца. Соответственно ЭДС зависит от разности температур. Температуру холодного спая необходимо компенсировать. Аппаратным способом компенсации является использование второй термопары, которая помещена в заранее известную температуру.

Программным способом компенсации является использование другого датчика температуры, на этот раз абсолютного, который помещается в изотермическую камеру вместе с холодными спаями и контролирует их температуру с заданной точностью. Имеются трудности снятия данных с термопары.

Во-первых, она нелинейная. В ГОСТе заботливо введены коэффициенты полинома для перевода ЭДС в температуру и обратно. Эти полиномы большого порядка, но ничто не запрещает спокойно их посчитать силами контроллера.

Во-вторых, другая проблема заключается в том, что термо-ЭДС термопары измеряется в единицах и сотнях микровольт. Соответственно, использование широко доступных аналогоцифровых преобразователей приведет к полному провалу. Нужны прецизионные многоразрядные малошумящие аналогоцифровые преобразователи для того, чтобы использовать термопару в своих конструкциях.

Терморезисторы

Гораздо более простым способом измерения стало применение терморезисторов. Они работают на зависимости сопротивления материалов от внешней температуры. Металлические термометры сопротивления, в частности платиновые обладают очень высокой точностью и линейностью. Термометры сопротивления определяются двумя основными характеристиками.

Это базовое сопротивление термометра при определенной температуре. В ГОСТе базовым сопротивлением считается сопротивление при 0 градусах по Цельсию. ГОСТ рекомендует использование нескольких номиналов сопротивлений в Омах и температурный коэффициент, который определяется как разность сопротивлений нашей температуры и при 0 градусов, деленной на нашу температуру и t нуля градусов, умноженную на единицу, деленную на базовое сопротивление.

Т_кс = (R_e – R_0c) / (T_e – T_0c) *1/R_0c

В ГОСТе на терморезисторы вы найдете температурный коэффициент для различных термометров из платины, меди и никеля. Кроме того, там присутствуют коэффициенты полинома для расчета температуры из текущего сопротивления резистора. Одной из проблем термометров сопротивления является очень низкий температурный коэффициент сопротивления. Однако, измерять сопротивление с высокой точностью гораздо проще, чем очень малые значения напряжения в отличие от термопар.

Одним из способов измерения сопротивления является включение нашего термосопротивления в цепь источника тока и измерение дифференциального напряжения. Использование полупроводников даст нам температурный коэффициент доли единицы процента, их гораздо проще измерять с помощью аналогоцифровых преобразователей. Есть интегральные микросхемы датчиков температуры, аналоговый выход которых уже соответствует питаемому напряжению. Такие датчики температуры можно напрямую подключать к аналогоцифровому преобразователю и спокойно оцифровывать его с помощью восьми- или десятибитного АЦП.

Комбинированный датчик

Помимо интегральных схем с выходом, существуют датчики с цифровым интерфейсом. Одним из популярных датчиков является комбинированный датчик температуры и влажности серии SHT1. Этот датчик позволяет измерять температуру с точностью + 2 градуса и влажность с точностью + 5 градусов. Главной проблемой данного датчика температуры является то, что там решили оптимизировать интерфейс. Он позволяет подключать параллельные устройства.

Цифровой датчик

Цифровой датчик температуры DS18B20, который представляет собой трехвыводную микросхему, позволяет с высокой точностью до 0,5 градуса получать температуру с множеством параллельно работающих датчиков. В этом датчике широкий интервал температур от -55 до +125 градусов. Основной его недостаток – медлительность. Вычисления с максимальной точностью он делает за 750 мс. Ввиду инерционности корпуса датчика температуры опрашивать его нет никакого смысла.

Бесконтактные датчики (пирометры)

В этом датчике имеется специальная тонкая пленка, поглощающая инфракрасные излучения, тем самым нагревающаяся. Такие бесконтактные термосенсоры используются в тепловизорах. Там имеется не один тепловой датчик, а матрица. Они позволяют на расстоянии до 3 метров детектировать тепловой объект.

Кварцевые преобразователи температуры

Для того, чтобы измерить температуру в интервале -80 +250 градусов применяют кварцевые преобразователи. Они работают на частотной зависимости кварца от температуры. Действие датчиков происходит на частотной зависимости. Функция преобразователя меняется от расположения среза по осям кристалла.

Кварцевые датчики работают с высокой чувствительностью, разрешением, стабильностью. Эти свойства делают их перспективными в использовании. Они получили большое распространение в цифровых термометрах.

Шумовые датчики температуры

Работа шумовых датчиков заключается на зависимости шумовой разности потенциалов на резисторе от температуры. Практически реализовать способ измерения температуры шумовыми датчиками можно, сделав сравнение шумов 2-х одинаковых резисторов, один находится при определенной температуре, 2-й при измеряемой температуре. Шумовые датчики температуры применяются для температурного интервала -270 -1100 градусов.

Преимуществом шумовых датчиков стала возможность измерения температуры в термодинамике на вышеописанной закономерности. Но это осложнено трудным измерением напряжения шума, так как оно мало и сравнимо с шумом усилителя.

Датчики температуры ЯКР (ядерного квадрупольного резонанса)

Термометры ЯКР работают за счет действия градиента поля тока решетки кристалла и момента ядра, которое вызвано отклонением заряда от симметрии сферы. Это создает процессию ядер. Частота имеет зависимость от градиента поля решетки. Для разных веществ имеет величину до тысяч МГц. Градиент зависит от температуры, с ее возрастанием частота ЯКР уменьшается.

Датчики температуры ЯКР образуют ампулу с веществом, помещенную в обмотку индуктивности, которая соединена с контуром генератора. Когда частота генератора совпадает с частотой ЯКР, то энергия генератора поглощается. Допуск замера температуры -263 градуса равен + 0,02 градуса, а температуры 27 градусов +0,002 градуса. Преимуществом термометров ЯКР становится стабильность, неограниченная по времени, недостатком является значительная нелинейность преобразующей функции.

Объемные преобразователи

Объемные датчики действуют на расширении и сжатии веществ при изменении температуры. Диапазон действия преобразователей определяется, насколько стабильны свойства материалов. Датчиками делают измерения температуры в интервале -60 -400 градусов. Допуск измерения составляет от 1 до 5%. Интервал работы датчика с жидкостью может зависеть от температуры закипания и замерзания. Погрешности измерения датчиков на жидкости от 1 до 3%, определяются температурой среды.

Нижняя граница измерения преобразователей на газе определяется температурой перехода газа в жидкое состояние, верхняя граница – стойкостью баллона к воздействию температуры.

Параметры выбора датчика температуры

• Диапазон рабочей температуры.
• Возможность погружения датчика в объект измерения или среду. Если это невозможно, то лучше выбрать пирометр или термометр.
• Условия проведения замеров. Если нужно измерять в агрессивной среде, то надо выбирать датчик в коррозионностойком корпусе, или бесконтактного типа. Также следует определить наличие давления, влажности и т.д.
• Время работы датчика до калибровки или замены. Многие датчики не могут долго и стабильно работать (термисторы).
• Величина сигнала выхода. Существуют датчики температуры, выдающие сигнал по току, или в градусах.
• Технические данные: погрешность, разрешение, напряжение, время сработки. Для полупроводников важен тип корпуса.

Похожие темы:

Датчики температуры охлаждающей жидкости, наружного воздуха, влажности

Для контроля климата в жилом помещении и температуры во время производственных процессов используются специальные устройства. Предлагаем рассмотреть, как работают датчики температуры, всасываемого воздуха на впуске, воды, газов, топлива и влажности, их принцип работы и виды.

Общие сведения про датчики

Датчики температуры представляют собой устройства, используемые для измерения температуры среды. Типы температурных датчиков:

1. накладные контактные датчики. Фото — Накладные контактные датчики
2. бесконтактные датчики. Фото — Бесконтактные датчики температуры

Тем не менее, известны еще 3 дополнительных типа информаторов: термометры, резистивные датчики температуры и термопара (терморегулятор). Все эти контроллеры работают при помощи измерения физических свойств (т.е. объема жидкости, текущей через провод), который изменяется в зависимости от температуры.

Видео: обзор датчиков температуры

Контактные датчики

Датчики контакта температуры могут измерять температуру объекта, в контакте с которым находится датчик, но если предположить, что датчик и объект находятся в тепловом равновесии, то между ними нет теплового потока.

Данный подвид информаторов представлен следующими устройствами:

• Термопары
• Датчики сопротивления температуры (работают при помощи указателя, у них наиболее оптимальное соотношение цена/качество)
• Заполненные термометры
• Полупроводниковые биметаллические термометры
• Промышленные бесконтактные и беспроводные датчики температуры.

Фото — Датчики сопротивления температуры

Большинство коммерческих и научных бесконтактных датчиков температуры и измерения внешней тепловой мощностью излучения инфракрасного или оптического излучения, работают от известной или расчетной области на поверхности или объеме измеряемой жидкости.

Примером бесконтактного датчика температуры является пирометр.

Термометры являются наиболее распространенными датчиками температуры, эксплуатируемые в простых, повседневных измерениях температуры, их используются для котлов, в сигнализациях. Самые популярные биметаллические термометры.

Комнатный термометр с жидкостью

До сих пор одними из самых доступных датчиков измерения температуры считаются заполненные термометры. В тубу добавляется жидкость, которая чувствительна к изменению температуры, чаще всего это окрашенный спирт или ртуть. Под изменением температурного уровня снаружи тубы, жидкость расширяется и поднимается, по таблице-циферблату можно определить, какой уровень температуры сейчас в помещении. Этот способ хорош, если не требуется высокая точность, ведь при использовании такого измерителя возможна погрешность почти в градус, к тому же, спиртовые модели очень быстро теряют показатели при резком изменении температур, их сложно зафиксировать.

Фото — Комнатный термометр с жидкостью

Жидкость должна иметь относительно большой коэффициент теплового расширения, так что небольшие изменения в температуре приведет к обнаруживаемым изменениям в объеме. Материал трубки – стекло, иногда закаленное, но обязательно прозрачное, чтобы можно было видеть маркированную таблицу. Раньше ртуть была более распространена, но её уровень токсичности слишком высок, что может привести к непоправимому ущербу при бытовом использовании.

Хотя заполненные регуляторы являются самыми простыми и дешевыми вариантами для измерения температуры, они также отличаются недолговечностью в виду своей хрупкости. Также их редко применяют при осуществлении даже небольших производственных процессов, т.к. нет возможности регулировать их работу в автоматическом режиме.

Контактный биметаллический термометр

В биметаллическом термометре используется два металла (обычно сталь и медь) с различными коэффициентами теплового расширения, они крепятся друг к другу с помощью заклепок или сварки. По мере повышения температуры, увеличивается расстояние между полосами, металл с высшим коэффициентом теплового расширения расширяется в большей степени, в результате чего появляется напряжение в материалах и отклонение в полосе. Величина этого отклонения является разницей температуры.

Фото — Биметаллический термометр

Температурные разности, для которых эти термометры могут быть использованы, ограничивается диапазоном, в котором металлы имеют существенно различные коэффициенты теплового расширения. Биметаллические полосы часто свернутые в трубах и помещены в термостаты. Перемещаемый конец полосы представляет собой электрический контакт, который передает температуру термостата. Поэтому они могут контролироваться специальными автоматическими устройствами.

Датчики сопротивления температуры

На производственных работах обычно используется механический или электронный погружной резистивный датчик температуры наружного воздуха (также известный как термометр сопротивления). В отличие от заполненных термометров, индикатор сопротивления выдает электрический сигнал измерения температуры, тем самым делая его более удобным для использования с компьютеризированной системой.

Фото — Датчики сопротивления температуры

Устройство сопротивления использует зависимость между электрическим сопротивлением и температурой, которая может быть линейной или нелинейной. Главным отличием этих приборов является их высокая точность, у них допустимая погрешность около 0,01 градуса по Цельсию. Однако при высоких температурах (выше 700 градусов С), они становятся очень неточными из-за деградации наружной оболочки, которая содержит термометр. Таким образом, использование датчиков сопротивления является предпочтительным при более низких температурных диапазонах, где они могут быть наиболее точными, к тому же их проверка осуществляется гораздо проще, чем у биметаллических.

Бывает несколько видов датчиков: с терморезистором и традиционные. Традиционные термометры сопротивления использую чувствительные металлические элементы, которые приводят к линейной зависимости между температурой и сопротивлением. Так как температура металла увеличивается, увеличение случайного молекулярного движения препятствует потоку электронов. Повышенное сопротивление давления измеряется через металл как снижение тока, образуется фиксированное напряжение. Выносной электронный термистор использует полупроводниковый датчик, что дает функцию зависимости мощности между температурой окружающей среды, отопления и сопротивлением.

Термопара

Другой цифровой датчик температуры двигателя и выхлопных газов, который часто используются в промышленности – это термопара. Среди различных датчиков температуры, доступных, термопара широко используется датчик температуры масла и впускного воздуха. Как и аналоговые устройства сопротивления, данные приборы работают при помощи электронной схемы.

Фото — Термопара

Конструкция термопары

Термопара представляет собой тубу, продолговатой, стержнеобразной формы, что позволяет размещать устройство в труднодоступных местах. К примеру, в котлах, двигателях, узких вентиляционных проходов.

Любой (уличный и бытовой) датчик температуры воздуха содержит внешнюю оболочку или гильзу. Гильза защищает содержимое термопары от механического и химического повреждения.

В гильзе находится металлическая проволока, иногда две, каждая состоит из различных металлов. Возможны различные комбинации материалов для этих металлических проволок. Монтаж осуществляется при помощи специальных креплений и планок для жесткой фиксации термометрических систем.

Все счетчики имеют индивидуальные технические характеристики. Рассмотрим, какие показатели имеет электронный канальный датчик температуры охлаждающей жидкости и контроля окружающей среды:

• Размер: три провода в TO-92 корпусе (0,2″х 0,2″х 0,2″)
• Температурный диапазон: начальный в -40 градусов Цельсия и составляет до 150 градусов (в зависимости от типа температура может быть более высокой). Если превысить эти показатели, то возникнет неисправность.
• Диапазон температур перед выходом: после 125 градусов С, точность падает. 2,0 В при 150 градусов С и 0,1 В при температуре -40 градусов С.
• Требуемая мощность: максимум 5,5 В питания, 0.05 А тока.

Подключение всех аналоговых приборов не имеет никаких сложностей. В большинстве случаев достаточно просто включить устройство в сеть питания, проверить разъем и напряжение. Единственное замечание – это продумать его расположение, чтобы датчик максимально точно определил колебания температуры.

Как подобрать датчик температуры

Датчики температуры на снегоход, в шинах для автомобиля или прочих движущихся устройств выбираются сугубо индивидуально (в боль

Принцип работы датчиков температуры

Опубликовано 22.05.2016

Принцип работы

Термометры сопротивления (терморезисторы, термосопротивления)

Термометр сопротивления (Resistance Thermometer) — датчик для измерения температуры, принцип действия которого основан на зависимости электрического сопротивления от температуры.

Термосопротивления могут быть металлические (платина, никель, медь) или полупроводниковые.

Для большинства металлов температурный коэффициент сопротивления положителен — их сопротивление растёт с ростом температуры. Для полупроводников без примесей он отрицателен — их сопротивление с ростом температуры падает.

Термисторы

Термисторы – это полупроводниковые термосопротивления с большим температурным коэффициентом.

• PTC-термисторы (Positive Temperature Coefficient), обладают свойством резко увеличивать свое сопротивление, когда достигнута заданная температура – широко используются для защиты двигателей
• NTC-термисторы (Negative Temperature Coefficient), обладают свойством резко уменьшать свое сопротивление при достижении заданной температуры

PT100, PT1000

Платиновые термометры сопротивления (Platinum Resistance Thermometers) обладают высокой стойкостью к окислению и большой точностью измерения.

KTY

Кремниевые терморезисторы с положительным коэффициентом сопротивления, отличаются высокой линейностью характеристики, высоким быстродействием, надёжной твёрдотельной конструкцией и небольшой стоимостью.

Схемы включения термосопротивления в измерительную цепь

• 2-х проводная схема используется там, где не требуется высокой точности, так как сопротивление присоединительных проводов суммируется с измеренным сопротивлением, что приводит к появлению дополнительной погрешности
• 3-х проводная схема обеспечивает значительно более точные измерения, т.к. появляется возможность измерить сопротивление подводящих проводов и вычесть его из суммарного измеренного сопротивления
• 4-х проводная схема — наиболее точная схема, обеспечивает полное исключение влияния подводящих проводов

Сравнение термометров сопротивления с термопарами

Преимущества:

• выше точность и стабильность
• можно исключить влияние сопротивления присоединительных проводов на результат измерения при использовании 3-х или 4-х проводной схемы измерений
• практически линейная характеристика
• не требуется компенсация холодного спая

Недостатки:

• малый диапазон измерений
• не могут измерять высокую температуру.

Термопары

Термопара (Thermocouple) — это два проводника из разных металлов, спаянные в одной точке. Эта точка измерения температуры называется — рабочий спай. Свободные концы называются холодным спаем. Если рабочий спай нагреть относительно холодного спая, то между свободными концами возникает напряжение (термо-ЭДС), пропорциональное разности температур.

Так как с помощью термопары всегда измеряется разность температур, то, чтобы определить температуру точки измерения, свободные концы у холодного спая должны содержаться при известной неизменной температуре.

Подключение к ПЛК

Холодные концы подключаются (непосредственно или с помощью компенсационных проводов, которые должны быть выполнены из тех же металлов, что и термопара) к клеммам соответствующего аналогового входа (с соблюдением полярности!) промышленного контроллера, который программно выполняет компенсацию температуры холодного спая и рассчитывает температуру в точке измерения.

При внутренней компенсации контроллер использует температуру модуля, к которому подключена термопара. При более точной внешней компенсации эталонная температура холодного спая измеряется с помощью дополнительного термометра сопротивления, который подключается к специальному входу контроллера.

Типы термопар

• K: хромель-алюмель
• J: железо-константан
• S, R: платина-платина/родий и др.

Термопары отличаются диапазоном измеряемых температур и погрешностью измерений.

Преимущества термопар

• Большой температурный диапазон измерения
• Измерение высоких температур.

Недостатки

• Невысокая точность
• Необходимость вносить поправку на температуру холодного конца.

Термостаты

Термостат (Thermostat) – это регулятор, который поддерживает постоянную температуру воздуха или жидкости в системах отопления, кондиционирования и охлаждения.

Датчики температуры в автомобиле: общая информация. Как устроены температурные датчики: какие они бывают

Температурные датчики – элементы электрических цепей, изменяющие свое сопротивление в зависимости от температуры.

Классификация:
По принципу работы:
Термовыключатели – работают по принципу ключа – при изменении температуры происходит скачкообразное изменение сопротивления:
1. при достижении определённой температуры сопротивление падает с единицы практически до нуля – термовыключатели работающие на замыкание.
2. при достижении определённой температуры сопротивление возрастает с нуля до единицы – термовыключатели работающие на размыкание.
Терморезисторы – меняют свое сопротивление постепенно в зависимости от температуры.
— терморезисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (термисторы или NTC (Negative Temperature Coefficient) ). С увеличением температуры их сопротивление уменьшается.
— терморезисторы с положительным температурным коэффициентом сопротивления (позисторы или PTC (Positive Temperature Coefficient) — позисторы). С увеличением температуры их сопротивление возрастает.

По выполняемой функции:
1. Датчики включения вентилятора.
2. Датчики на температурную стрелку.
3. Датчики на систему впрыска.

Термовыключатели
Термовыключатели устанавливаются на большом круге циркуляции, как правило, на радиаторе охлаждения, либо рядом с ним.
Термовыключатели делятся на два вида:
— включения аварийной индикации
— включения вентилятора охлаждения

Температурные датчики — важные детали системы управления двигателем, участвующие в экономии топлива и уменьшении вредных выбросов. Вместе с другими датчиками, температурные датчики передают электронному блоку управления двигателем (ЭБУ / ECU) данные, необходимые для управления впрыском топлива.

Существует несколько основных типов датчиков:
1. Датчики температуры охлаждающей жидкости. Их функция заключается в измерении температуры охлаждающей жидкости. Эти датчики устанавливаются в малом круге циркуляции охлаждающей жидкости и передают данные напрямую в ЭБУ. Диапазон измеряемых температур колеблется от -40 градусов до + 130 градусов.
2. Датчики температуры входящего воздуха. Устанавливаются на впускном тракте. Эти датчики измеряют температуру поступающего в двигатель воздуха, эти данные, в сочетании с данными, поступающими с датчика расхода воздуха, позволяют ЭБУ более точно рассчитывать массу поступившего в двигатель воздуха. Диапазон измеряемых температур колеблется от -40 градусов до + 120 градусов.
3. Датчики наружной температуры. Функция этих датчиков аналогична функции датчиков температуры входящего воздуха. Отличие заключается в месте установки. Они устанавливаются не во впускном тракте.

В основе конструкции температурного датчика лежит терморезистор – полупроводник, электрическое сопротивление, которого изменяется в зависимости от температуры. По типу изменения сопротивления от температуры выделяют два типа терморезисторов:
— терморезисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (термисторы или NTC (Negative Temperature Coefficient) — термисторы).
— терморезисторы с положительным температурным коэффициентом сопротивления (позисторы или PTC (Positive Temperature Coefficient) — позисторы).

Терморезисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления:
Их сопротивление определяется по формуле:

Rt – сопротивление терморезистора
R25 – сопротивление терморезистора при 25 градусах
B – константа (зависит от свойств материала из которого изготовлен терморезистор)
T – температура терморезистора
Из формулы видно, что чем выше температура, тем меньше сопротивление терморезистора.

График изменения сопротивления позистора в зависимости от температуры:

Устройство автомобильного датчика температуры охлаждающей жидкости:

Connector – электрический разъем для присоединения датчика к электропроводке автомобиля.
Metal body – корпус датчика
Gasket – уплотняющая прокладка
Thermistor — термистор

При неисправности термодатчика нужно проверить состояние разъема и корпуса датчика, при наличии повреждений требуется заменить датчик на новый.

Причины поломки термодатчиков:
— механическое повреждение датчика
— перегрев датчика

Признаки выхода из строя термодатчика:
— повышенный расход топлива
— потеря мощности
— перегрев двигателя
— включение аварийной индикации на приборной панели
— затруднённый запуск двигателя
— увеличение токсичности выхлопных газов

Обслуживание:
Требуется проверять работу температурных датчиков каждые 25000км. В случае нарушения работы датчика его необходимо заменить на новый. В случае с датчиками температуры воздуха необходимо проводить регулярную очистку его от загрязнений, затрудняющих его работу.

Термодатчики охлаждающей жидкости затягиваются с усилием 30-50 Nm. Герметизирующую прокладку нельзя использовать повторно. Каждый раз при монтаже датчика требуется использовать новую прокладку.

 

Как выбрать и установить датчики температуры для отопления

При работе нагревательных приборов требуется контролировать степень нагрева теплоносителя, а также воздуха в помещении. Снимать и передавать информацию помогают датчики температуры для отопления, сведения с которых могут считываться визуально либо сразу же направляться в контроллер.

Предлагаем разобраться, как работают температурные датчики, какие существуют виды контролирующих устройств, и какие параметры стоит учитывать при выборе прибора. Кроме того, мы подготовили пошаговую инструкцию, которая поможет самостоятельно установить термодатчик на радиатор отопления.

Содержание статьи:

Принцип действия теплового датчика

Контролировать систему отопления можно разнообразными методами, среди которых:

• автоматические устройства для своевременной энергоподачи;
• блоки, следящие за безопасностью;
• смесительные узлы.

Для корректной работы всех этих групп необходимы датчики температур, подающие сигналы о функционировании приборов. Наблюдения за показаниями этих приборов позволяют вовремя выявить неисправности в системе и принять меры по исправлению.

Существует множество разновидностей приборов, используемых для снятия температуры. Они могут погружаться в теплоносители, использоваться внутри помещения или располагаться снаружи

Термодатчик может использоваться как отдельный прибор, например, для контроля за температурой комнаты, или быть неразрывной частью сложного устройства, например, отопительного котла.

В основу подобных устройств, применяющихся в автоматизированном управлении, положен принцип преобразования температурных показателей в электросигнал. Благодаря этому результаты измерения можно оперативно передавать по сети в виде цифрового кода, что гарантирует высокую скорость, чувствительность и точность замера.

В то же время различные приборы для измерения стадии нагрева могут иметь конструктивные особенности, влияющие на ряд параметров: работу в определенной среде, способ передачи, метод визуализации и другие.

Виды устройств для снятия температуры

Термоприборы могут классифицироваться по ряду важных критериев, среди которых способ передачи информации, место и условия монтажа, а также алгоритм снятия показаний.

По способу передачи информации

Согласно используемому методу трансляции сведений датчики разделяются на две большие категории:

• проводные приборы;
• беспроводные датчики.

Первоначально все подобные приспособления оснащались проводами, через которые термодатчики связывались с блоком управления, передавая на него информацию. Хотя сейчас такие устройства потеснили беспроводные аналоги, они все же часто используются при простых схемах.

Кроме того, проводные датчики отличаются большей точностью показаний и надежностью в работе.

Для обеспечения согласованной работы проводного датчика, используемого в составном устройстве, желательно совмещать его с оборудованием, которое выполнено тем же изготовителем

В настоящее время распространение получили беспроводные устройства, которые чаще всего передают сведения при помощи передатчика и приемника радиоволн. Подобные приборы можно монтировать практически всюду, включая отдельное помещение или открытый воздух.

Важными характеристиками подобных термодатчиков являются:

• наличие аккумулятора;
• погрешность проведенных измерений;
• дальность передачи сигнала.

Беспроводные/проводные устройства могут полностью заменить друг друга, однако в их функционировании есть некоторые особенности.

По месту и способу размещения

По месту крепления подобные приборы делятся на следующие разновидности:

• накладные, крепящиеся к отопительному контуру;
• погружные, контактирующие с теплоносителем;
• комнатные, находящиеся внутри жилого либо служебного помещения;
• внешние, которые располагаются снаружи.

В некоторых агрегатах могут применяться одновременно несколько видов датчиков для контроля температуры.

По механизму снятия показаний

По способу демонстрации сведений приборы могут быть:

• биметаллическими;
• спиртовыми.

В первом варианте предполагается использование двух пластин, сделанных из различных металлов, а также стрелочного индикатора. При повышении температуры один из элементов деформируется, создавая давление на стрелку. Показания подобных приборов отличаются хорошей точностью, однако их большим минусом является инертность.

Биметаллические и спиртовые термостаты часто устанавливаются на отопительной аппаратуре, например, котлах. Они позволяют отслеживать нагрев, превышение которого может привести к фатальным последствиям

Этого недостатка почти полностью лишены датчики, работа которых основана на использовании спирта. В этом случае в герметично запаянную колбу заливается спиртосодержащий раствор, расширяющийся при нагреве. Конструкция достаточно элементарна, надежна, но не очень удобна для наблюдений.

Различные типы термодатчиков

Для снятия показаний температуры используются устройства, имеющие разный принцип действия. К числу наиболее востребованных относятся перечисленные ниже приборы.

Термопары: точное снятие – сложность в интерпретации

Подобное приспособление состоит из двух спаянных друг с другом проволок, сделанных из различных металлов. Разница температур, возникающая между горячим и холодным концом, служит источником электрического тока величиной 40-60 мкВ (показатель зависит от материала термопары).

Наиболее часто для изготовления термопар применяются следующие комбинации металлов и сплавов: хром-алюминий, железо-костантан, железо-никель, никель-хром и другие

Термопара считается высокоточным температурным датчиком, однако снять точные показания с нее достаточно сложно. Для этого нужно узнать электродвижущую силу (ЭДС), используя разность температур устройства.

Чтобы результат был корректный, важно компенсировать температуру холодного спая, применяя, например, аппаратный способ, при котором вторая термопара помещается в среду заранее известной температуры.

Программный способ компенсации предполагает помещение другого термодатчика в изокамеру совместно с холодными спаями, что позволяет контролировать температуру с заданной точностью.

Определенные сложности вызывает процесс снятия данных с термопары ввиду их нелинейности. Для корректности показаний в ГОСТ Р 8.585-2001 введены коэффициенты полинома, позволяющие переводить ЭДС в температуру, а также совершать обратные операции.

Еще одна проблема заключается в том, что показания снимаются в микровольтах, для преобразования которых невозможно использовать широко доступные цифровые приборы. Чтобы использовать термопару в конструкциях, необходимо предусмотреть точные, многоразрядные преобразователи, имеющие минимальный уровень шума.

Терморезисторы: легко и просто

Значительно проще измерять температуру при помощи терморезисторов, в основу которых положен принцип зависимости сопротивления материалов от температуры окружающей среды. Подобные приспособления, например, сделанные из платины, имеют такие важные преимущества как высокая точность и линейность.

Основной проблемой подобных термодатчиков можно считать крайне низкий температурный коэффициент сопротивления, однако точно измерить его все же легче, чем уловить малые значения напряжения термопар

Важной характеристикой резистора является базовое сопротивление при определенной температуре. Согласно ГОСТ 21342.7-76, этот показатель измеряется при 0°С. При этом рекомендуется применение ряда значений сопротивлений (Ом), а также Т_кс – температурный коэффициент.

Показатель Т_кс вычисляют по формуле:

Т_кс = (R_e – R_0c) / (T_e – T_0c) *1/R_0c,

Где:

• R_e– сопротивление при действующей температуре;
• R_0c – сопротивление при 0°С;
• T_e – действующая температура;
• T_0c – 0°С.

В ГОСТе также приведены температурные коэффициенты, предусмотренные для различных измерительных устройств, выполненных из меди, никеля, платины, а также указываются коэффициенты полинома, применяемые для расчета температуры на основе текущих показателей сопротивления.

Датчик температуры: принцип работы, измерения и температурный диапазон

Современное производство просто немыслимо без автоматизации различных технологических процессов. Начиная от атомной станции и заканчивая автомобилями, везде можно обнаружить элементы автоматического контроля и регулирования необходимых параметров. Давление, угловая и линейная скорости, температура и многие другие параметры необходимо контролировать для более эффективной работы всего производства или машины.

Среди общего многообразия контролируемых параметров около половины занимает измерение и контроль температуры. Причём одной из наиболее важных деталей всей системы является датчик. Исходя из того, что условия и диапазоны температур могут сильно варьироваться, датчики и первичные преобразователи исполняются с различными свойствами и качествами в зависимости от технологических требований.

Сам по себе датчик измерения температуры является устройством, способным получать измеряемую величину и преобразовывать её в сигнал для последующей обработки и регулировании контролирующим прибором. Проще говоря, он является преобразователем одной величины (температуры) в другую величину (электрический ток, сопротивление), которую способен обработать прибор (к примеру, регулятор температуры) и на основании полученных данных выполнить действия, для которых создаётся сам этот прибор. К примеру, при достижении температуры выше заданной прибор может отключить исполнительный механизм для остановки источника (среды) нагрева.

Виды датчиков температуры

Ввиду того что условия и диапазоны измерений для разных задач могут сильно отличаться, а требования к измерению различных температурных параметров быть разными, соответственно, и для выполнения тех или иных задач термопреобразователь должен соответствовать этим условиям и определённым требованиям. Поэтому они могут быть разными и использовать в работе различные свойства материалов. Таким образом, датчики бывают:

• Полупроводниковые;
• Терморезистивные;
• Акустические;
• Термоэлектрические;
• Пьезоэлектрические;
• Пирометры.

Коротко опишем особенности каждого из них, чтобы можно было представлять, в каких случаях необходимо использовать тот или иной прибор.

Полупроводниковые термоэлектрические

Термопреобразователи этого типа востребованы в производствах, так как являются недорогими и довольно точными приборами с низкой погрешностью. Под воздействием температуры такой датчик регистрирует изменения в свойствах p-n перехода. Здесь может использоваться практически любой диод или же биполярный транзистор. Высокая точность полупроводниковых термодатчиков достигается за счёт зависимости напряжения на транзисторе от абсолютной температуры.

Терморезистивные термоэлектрические преобразователи

Основными положительными сторонами подобных термодатчиков является их долговечность, стабильность и высокая чувствительность. Они прекрасно вписываются практически в любую схему.

Работа таких термопреобразователей основывается на изменении сопротивления под действием температуры на проводник или полупроводник. Проще говоря, они содержат в своей конструкции терморезистор, который реагирует на изменение замеряемой среды.

В зависимости от материала, используемого в терморезистивных термодатчиках, их разделяют на:

1. Кремниевые резистивные, которые отличаются долговременной стабильностью и высокой точностью.
2. Резистивные детекторы температуры, отличающиеся высокой стабильностью, прочностью и точностью. В основе их работы заложена способность металлов изменять своё сопротивление при воздействии температуры. Чаще в таких датчиках используют платину или медь, а при контроле особо высоких температур — вольфрам. Единственным их недостатком является относительно высокая стоимость.
3. Работа термисторов основана на использовании металлооксидных соединений. Применяют их лишь для замеров абсолютных температур. Основным из минусов можно выделить необходимость калибровки и недолговечность.

Акустические бесконтактные устройства

Такой тип температурного датчика применяется преимущественно для измерения высоких температур. Принцип действия их основан на изменении характеристик звука при различных температурах. Состоит такой термодатчик из приёмника и излучателя. Звук, проходя через исследуемую среду, попадает в приёмник, где фиксируются его параметры, и на их основе определяется температура.

Акустические термодатчики часто используются в медицине и там, где невозможно измерить температуру контактными способами. Одним из основных их недостатков является низкая точность измеряемых температур и высокая погрешность вследствие дополнительных особенностей.

Термоэлектрические датчики

Термоэлектрические датчики, или, проще говоря, термопары отличаются широким спектром измеряемых показателей — от -200 до 2200 градусов Цельсия. При этом их возможности зависят от использованных материалов. Так, термопары из неблагородных металлов позволяют измерять температуру до 1100 °C, с благородными до 1600 °C, а для замера особо высоких терморежимов используются термопары с тугоплавкими металлами типа вольфрама.

Принцип работы термоэлектрических датчиков основан на эффекте Зеебека, т. е. используются спаи разнородных металлов, образующих замкнутый контур, в котором возникает электрический ток, когда места спаев имеют различную температуру. Состоит термопара из двух концов: рабочий и свободный. Первый погружается непосредственно в рабочую среду, а второй нет. Таким образом, возникает разность температур, что отображается в виде выходного напряжения, которое фиксируется мультивольтметром, зачастую входящим в комплект с термоэлектрическим датчиком.

Пьезоэлектрические кварцевые приборы

Принцип работы датчика температуры пьезоэлектрического основан на использовании кварцевого пьезорезонатора. Используемый в нём пьезоматериал исполняет роль резонатора. Когда на него подаётся электрический ток, то этот материал начинает колебаться при воздействии разных терморежимов, и частота колебаний также изменяется, что и положено в основу пьезоэлектрических датчиков.

Бесконтактные термопреобразователи пирометры

Бесконтактные датчики, способные фиксировать тепловое излучение от нагретых тел, называются пирометрами. Удобство подобных приборов заключается в том, что нет необходимости помещать его непосредственно в среду. Однако без прямого контакта точность их показаний относительно низка, ведь здесь могут присутствовать побочные явления, влияющие на показания.

Существует три типа пирометров:

1. Интерферометрические пирометры испускают два луча, которые проходят один через среду, а второй является контрольным. Два этих луча попадают на кремниевый чувствительный элемент, после чего сравнивается преломление и длина лучей, непосредственно зависящие от нагрева среды.
2. Флуоресцентные термодатчики работают по более сложному принципу: на поверхность, где необходимо замерить количество тепла, наносятся компоненты на основе фосфора. После этого объект подвергается ультрафиолетовому импульсному излучению, в результате чего происходят определённые реакции, а излучение подвергается анализу.
3. Датчики, которые содержат растворы, способные менять окраску под воздействием температур. Хлорид кобальта, применяемый в подобных пирометрах, при контакте с измеряемой средой способен изменять цветовой спектр в зависимости от степени нагрева. Таким образом, величина света, проходящего через раствор, позволяет измерять необходимые термопараметры.

Правила выбора

Все вышеперечисленные датчики превосходно выполняют свои функции в заданных пределах. Однако нужно понимать, что выбирать и использовать их необходимо исходя из требований в конкретно взятом случае.

Поэтому при выборе того или иного термопреобразователя стоит уделять внимание следующим моментам:

1. Величина температурного диапазона.
2. Возможность погрузить датчик в измеряемую среду. Если такая возможность отсутствует, то стоит прибегнуть к помощи пирометров или акустических датчиков.
3. Условия измерения являются одним из наиболее важных моментов при выборе датчика. Здесь стоит учитывать не только агрессивность среды, но и такие параметры, как: давление, влажность и т. д. Поэтому выбирать стоит либо бесконтактные датчики, либо в коррозиестойких корпусах.
4. Природа выходного сигнала всегда также должна учитываться. Ведь одни термопреобразователи могут сразу пересчитать сигнал в градусы, а другие выдают его лишь в величине тока.
5. Некоторые датчики довольно нестабильны и недолговечны, что также стоит брать во внимание. Поэтому если требуется долгая работа без замены и калибровки, то этот нюанс также должен быть учтён.
6. Нелишним будет при выборе датчика под определённые потребности обращать внимание и на время срабатывания, разрешение и погрешность, рабочее напряжение питания, тип корпуса.

Учтя все вышеперечисленные нюансы, можно подобрать датчик, полностью соответствующий по своим характеристикам в отдельно взятой ситуации и для конкретно поставленных задач.

4 наиболее распространенных типа датчиков температуры

Датчик температуры играет важную роль во многих приложениях. Например, поддержание определенной температуры необходимо для оборудования, используемого для производства медицинских препаратов, нагрева жидкостей или очистки другого оборудования. Для таких приложений скорость отклика и точность схемы обнаружения могут иметь решающее значение для контроля качества.

Однако чаще обнаружение температуры является частью превентивной надежности .Например, хотя прибор может фактически не выполнять никаких высокотемпературных операций, сама система может подвергаться риску перегрева. Этот риск возникает из-за конкретных внешних факторов, таких как суровые условия эксплуатации или внутренних факторов, таких как самонагрев электроники. Обнаруживая перегрев, система может принять профилактические меры. В этих случаях схема определения температуры должна быть надежной в ожидаемом диапазоне рабочих температур для данного приложения.

Согласно датчикам Mag.com

Измерение температуры — одно из наиболее чувствительных свойств или параметров в таких отраслях, как нефтехимическая, автомобильная, аэрокосмическая и оборонная промышленность, бытовая электроника и т. д. Эти датчики устанавливаются в устройства с целью точного и эффективного измерения температуры среды при заданном наборе требований.

Проектирование надежной схемы определения температуры не должно быть дорогостоящим. Также недорогая схема обнаружения не должна идти на компромисс в отношении скорости отклика и точности.В этой статье рассматриваются различные типы доступных технологий определения температуры и возможности каждой из них. Он также исследует требования различных приложений и то, как инженеры могут спроектировать схему определения температуры, оптимизированную для их конкретных потребностей.

Датчик температуры-Термисторный зонд

Типы датчиков температуры

Определение температуры является основой для всех передовых форм контроля и компенсации температуры.Сама схема определения температуры контролирует температуру окружающей среды. Затем он может уведомить систему либо о фактической температуре, либо, если схема обнаружения более интеллектуальная, о возникновении события контроля температуры. При превышении определенного порога высокой температуры система может предпринять предупредительные меры по снижению температуры. Примером этого является включение вентилятора.

Точно так же схема определения температуры может служить ядром функции температурной компенсации.Рассмотрим такую ​​систему, как оборудование для измерения жидкости. Температура в этом случае напрямую влияет на измеряемый объем. Принимая во внимание температуру, система может компенсировать изменение факторов окружающей среды, обеспечивая ее надежную и стабильную работу. Существует четыре часто используемых типа датчиков температуры:

1. Термистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC)

Термистор — это термочувствительный резистор , который имеет большой, предсказуемый и

.

Типы датчиков температуры и принципы их работы

Температура — это наиболее часто измеряемая величина окружающей среды. Этого можно было ожидать, поскольку на большинство физических, электронных, химических, механических и биологических систем влияет температура. Определенные химические реакции, биологические процессы и даже электронные схемы лучше всего работают в ограниченном диапазоне температур. Температура — одна из наиболее часто измеряемых переменных, поэтому неудивительно, что существует множество способов ее измерения.Измерение температуры может осуществляться либо посредством прямого контакта с источником тепла, либо дистанционно, без прямого контакта с источником, используя вместо этого излучаемую энергию. Сегодня на рынке представлен широкий спектр датчиков температуры, включая термопары, датчики температуры сопротивления (RTD), термисторы, инфракрасные и полупроводниковые датчики.

5 типов датчиков температуры

• Термопара : это тип датчика температуры, который изготавливается путем соединения двух разнородных металлов на одном конце.Присоединенный конец называется ГОРЯЧИМ СОЕДИНЕНИЕМ. Другой конец этих разнородных металлов упоминается как ХОЛОДНЫЙ КОНЕЦ или ХОЛОДНЫЙ СПАС. Холодный спай образуется в последней точке материала термопары. Если есть разница в температуре между горячим спаем и холодным спаем, создается небольшое напряжение. Это напряжение называется ЭДС (электродвижущая сила), и его можно измерить и, в свою очередь, использовать для обозначения температуры.

Термопара

• RTD — это датчик температуры, сопротивление которого изменяется в зависимости от температуры.Обычно RTD изготавливаются из платины, хотя устройства из никеля или меди не редкость, но могут иметь разные формы, например, проволочную намотку или тонкую пленку. Чтобы измерить сопротивление RTD, подайте постоянный ток, измерьте результирующее напряжение и определите сопротивление RTD. RTD демонстрируют довольно линейное сопротивление температурным кривым в их рабочих областях, и любая нелинейность очень предсказуема и воспроизводима. В оценочной плате PT100 RTD используется RTD для поверхностного монтажа для измерения температуры.Внешний 2-, 3- или 4-проводный датчик PT100 также может использоваться для измерения температуры в удаленных районах. Для смещения RTD используется источник постоянного тока. Чтобы уменьшить саморазогрев из-за рассеивания мощности, величина тока умеренно низкая. Схема, показанная на чертеже, является источник постоянного тока используется опорное напряжение, один усилитель и PNP-транзистор.

• Термисторы : Подобно RTD, термистор представляет собой датчик температуры, сопротивление которого изменяется в зависимости от температуры.Однако термисторы изготавливаются из полупроводниковых материалов. Сопротивление определяется таким же образом, как и RTD, но термисторы демонстрируют сильно нелинейную зависимость сопротивления от температуры. Таким образом, в рабочем диапазоне термисторов мы можем наблюдать большое изменение сопротивления при очень небольшом изменении температуры. Это делает устройство высокочувствительным, идеально подходящим для приложений уставок.

• Semiconductor сенсоры : Они подразделяются на различные типы, такие как выход напряжения, выход тока, цифровой выход, кремниевый выход сопротивления и датчики температуры диодов.Современные полупроводниковые датчики температуры обеспечивают высокую точность и высокую линейность в рабочем диапазоне от 55 ° C до + 150 ° C. Внутренние усилители могут масштабировать выходной сигнал до удобных значений, например 10 мВ / ° C. Они также используются в схемах компенсации холодного спая для термопар с широким диапазоном температур. Краткие сведения об этом типе датчика температуры приведены ниже.

ИС датчиков

Существует широкий спектр ИС датчиков температуры, которые позволяют упростить самый широкий спектр задач по мониторингу температуры.Эти кремниевые датчики температуры значительно отличаются от вышеупомянутых типов по нескольким важным параметрам. Во-первых, это диапазон рабочих температур. ИС датчика температуры может работать в номинальном диапазоне температур ИС от -55 ° C до + 150 ° C. Второе важное отличие — это функциональность.

Кремниевый датчик температуры представляет собой интегральную схему и, следовательно, может включать в себя обширную схему обработки сигналов в том же корпусе, что и датчик. Нет необходимости добавлять схемы компенсации для датчика температуры ICS.Некоторые из них представляют собой аналоговые схемы с выходом напряжения или тока. Другие комбинируют аналоговые чувствительные схемы с компараторами напряжения для обеспечения функций оповещения. Некоторые другие микросхемы датчиков сочетают в себе схемы аналогового считывания с цифровыми входами / выходами и регистрами управления, что делает их идеальным решением для систем на базе микропроцессоров.

Цифровой выходной датчик обычно содержит датчик температуры, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), двухпроводной цифровой интерфейс и регистры для управления работой ИС.Температура постоянно измеряется и может быть считана в любое время. При желании хост-процессор может дать команду датчику контролировать температуру и установить высокий (или низкий) на выходной контакт, если температура превышает запрограммированный предел. Также можно запрограммировать более низкую пороговую температуру, и хост может быть уведомлен, когда температура упадет ниже этого порога. Таким образом, цифровой выходной датчик может использоваться для надежного контроля температуры в микропроцессорных системах.

Датчик температуры

Указанный выше датчик температуры имеет три клеммы и требуется максимум 5.Питание 5 В. Этот тип датчика состоит из материала, который работает в зависимости от температуры для изменения сопротивления. Это изменение сопротивления регистрируется схемой и рассчитывает температуру. Когда напряжение увеличивается, повышается и температура. Мы можем увидеть эту операцию с помощью диода.

Датчики температуры напрямую подключены к входу микропроцессора и, таким образом, могут напрямую и надежно связываться с микропроцессорами. Сенсорный блок может эффективно взаимодействовать с недорогими процессорами без необходимости в аналого-цифровых преобразователях.

Примером датчика температуры является LM35 . Серия LM35 — это прецизионные датчики температуры на интегральных схемах, выходное напряжение которых линейно пропорционально температуре по Цельсию. LM35 работает при температуре от -55˚ до + 120˚C.

Базовый датчик температуры по шкале Цельсия (от + 2˚C до + 150˚C) показан на рисунке ниже.

Характеристики датчика температуры LM35:

• Калиброван непосредственно в ˚ Цельсия (Цельсия)
• Номинально для полного диапазона л от −55˚ до +150 C
• Подходит для удаленных приложений
• Низкая стоимость благодаря пластине- подстройка уровня
• Работает от 4 до 30 В
• Низкий самонагрев,
• ± 1 / 4˚C типичной нелинейности

Работа LM35:

• LM35 может быть легко подключен таким же образом, как и другие интегральные датчики температуры.Его можно приклеить или закрепить на поверхности, и его температура будет в пределах 0,01 ° C от температуры поверхности.
• Это предполагает, что температура окружающего воздуха примерно такая же, как температура поверхности; если бы температура воздуха была намного выше или ниже температуры поверхности, фактическая температура штампа LM35 была бы промежуточной между температурой поверхности и температурой воздуха.

Датчики температуры широко используются в системах управления окружающей средой и процессами, а также в испытаниях, измерениях и коммуникациях.Цифровой датчик температуры — это датчик, который выдает 9-битные показания температуры. Цифровые датчики температуры обеспечивают превосходную точность, они предназначены для считывания от 0 ° C до 70 ° C, и это позволяет достичь точности ± 0,5 ° C. Эти датчики полностью согласованы с цифровыми показаниями температуры в градусах Цельсия.

• Цифровые датчики температуры : Цифровые датчики температуры устраняют необходимость в дополнительных компонентах, таких как аналого-цифровой преобразователь, в приложении, и нет необходимости калибровать компоненты или систему при определенных эталонных температурах, если это необходимо, при использовании термисторов.Цифровые датчики температуры решают все, что позволяет упростить базовую функцию контроля температуры.

Основные преимущества цифрового датчика температуры заключаются в его точности вывода в градусах Цельсия. Выходной сигнал датчика представляет собой сбалансированное цифровое показание. Для этого не нужны никакие другие компоненты, такие как аналого-цифровой преобразователь, и он намного проще в использовании, чем простой термистор, который обеспечивает нелинейное сопротивление при изменении температуры.

Примером цифрового датчика температуры является DS1621, который обеспечивает 9-битное показание температуры.

Характеристики DS1621:

1. Никаких внешних компонентов не требуется.
2. Измеряется диапазон температур от -55 ° C до + 125 ° C с шагом 0,5 °.
3. Выдает значение температуры в 9-битном формате.
4. Широкий диапазон питания (от 2,7 В до 5,5 В).
5. Преобразует температуру в цифровое слово менее чем за одну секунду.
6. Термостатические настройки определяются пользователем и являются энергонезависимыми.
7. Это 8-контактный DIP.

Описание контактов:

• SDA — 2-проводный последовательный ввод / вывод данных.
• SCL — 2-проводные последовательные часы.
• GND — Земля.
• TOUT — Выходной сигнал термостата.
• A0 — Ввод адреса чипа.
• A1 — Ввод адреса чипа.
• A2 — Ввод адреса чипа.
• VDD — Напряжение питания.

Работа DS1621:

• Когда температура устройства превышает заданную пользователем температуру HIGH, тогда выход TOUT становится активным. Выход будет оставаться активным, пока температура не упадет ниже заданной пользователем температуры LOW.
• Заданные пользователем настройки температуры сохраняются в энергонезависимой памяти, поэтому их можно запрограммировать перед установкой в ​​систему.
• Показание температуры предоставляется в виде 9-битного считывания с дополнением до двух, путем подачи команды READ TEMPERATURE при программировании.
• 2-проводной последовательный интерфейс используется для ввода в DS16121 для настроек температуры и вывода показаний температуры из DS1621

Фото:

.Датчики температуры

| Технология Microchip

Опции одноканального датчика температуры

Одноканальные цифровые датчики температуры

Также известные как цифровые датчики температуры с локальным каналом, одноканальные цифровые датчики температуры могут использоваться в различных приложениях, где требуется измерение местных температур как неотъемлемая часть функций системы и / или надежность. Доступный в версиях связи I ² C и SPI наши цифровые датчики температуры с локальным каналом оснащены гибкими, программируемыми пользователем внутренними регистрами для настройки характеристик датчика температуры и реакции на высокие и низкие температуры.Oни также включает специальный выход сигнализации, который активируется, если измерение температуры превышает заданные пользователем пределы температуры и количества отказов.

Ключевые преимущества

• Гибкость и простота интеграции практически в любую систему
• Максимальная точность измерения температуры до ± 0,5 ° C
• Рабочее напряжение до 1,7 В
• Низкое энергопотребление для оптимизации энергосбережения
• Доступны в сверхмалых размерах пакеты для приложений с ограниченным пространством

Целевые приложения

• Связь
• Персональные компьютеры и серверы
• Потребительский
• Экологический
• Промышленный
• Контрольно-измерительные приборы
• Медицинское оборудование

Датчики температуры с аналоговым выходом

Датчики температуры с аналоговым выходом, также известные как датчики температуры на выходе по напряжению, отличаются низким энергопотреблением, хорошей линейностью и точностью измерения температуры до ± 0.5 ° C во всем рабочем диапазоне температур от –40 до + 125 ° C. Эти устройства выводят напряжения, которые хорошо взаимодействуют с доступным автономным АЦП или каналом АЦП в MCU. Они хорошо подходят для множества применений, включая автомобильную, бытовую технику, регуляторы мощности, переносное оборудование и аккумуляторные блоки.

• Низкий рабочий ток: обычно 6 мкА
• Расширенный температурный диапазон: от −40 − C до + 125 − C
• Доступен с линейным наклоном температуры 10 мВ / −C и 19,5 мВ / ° C
• Небольшая упаковка, в том числе 3- штифт СОТ-23

Температурные реле

Температурные реле, также известные как датчики температуры с логическим выходом, упрощают конструкции, требующие обнаружения превышения или понижения температуры, с их гибкими заводскими настройками точек срабатывания и гистерезисом с возможностью выбора контактов.Дополнительные функции включают логическое управление вкл / выкл, низкое энергопотребление, небольшие размеры корпуса и типичную точность пороговой температуры ± 0,5 ° C. Они являются отличными вариантами для ряда приложений, включая приводы двигателей, усилители ВЧ мощности, системы управления вентиляторами и источники питания.

• ± 0,5 ° C типичная погрешность порога
• Рабочее напряжение питания от 2,7 В до 18 В
• Двойные точки срабатывания доступны на некоторых устройствах
• Доступны небольшие варианты упаковки, включая SOT-23

.Датчики температуры

для Arduino | Into Robotics

Хотите найти подходящий датчик для своего DIY-проекта на базе микроконтроллера Arduino? Что ж, поиск подходящего датчика требует исследования, и чтобы облегчить этот процесс, вы найдете всю необходимую информацию в этой статье. Но если в культуре DIY и есть что-то лучше, чем теория, так это практика.

Введение

Датчики температуры широко используются для измерения температуры окружающей среды. Все они работают одинаково, но имеют немного разные функции.Основываясь на этих функциях, я расскажу вам, как правильно выбрать датчик температуры для вашего проекта с микроконтроллером Arduino.

Если вы уже являетесь чемпионом по измерению температуры и просто хотите получить немного больше информации, или вы хотите углубиться в область мониторинга температуры Arduino, эти 11 датчиков температуры должны охватывать все типы датчиков температуры, используемые в робототехнике и автоматизации. .

Датчики температуры Сравнение чисел: DS18B20, LM35DZ, DHT11, Термопара типа K, MLX90614, LM75, SHT15, TMP100, RHT03, TPA81, D6T MEMS

Приложения

Потому что важно, какой у вас проект ищу, надеюсь, что в списке есть что-то, что могло бы вам помочь:

• пожарный робот, способный определить источник пожара и принять меры;
• мобильный робот, способный определять, контролировать температуру и отправлять данные через Bluetooth или Wi-Fi на сервер, а также просматривать данные о температуре на смартфоне или планшете;
• беспроводная сенсорная сеть в вашем доме для принятия решений и управления блоком отопления и кондиционирования;
• сигнализация, распознающая присутствие человека;

Датчики температуры для любителей

Датчики температуры для любителей дешевы по сравнению с датчиками в среднем, но они служат той же цели — считывать температуру.Что ж, ни один из этих датчиков не может съесть солнце, но они идеально подходят для самодельной робототехники и приложений автоматизации, потому что они просты в интерфейсе, точны и имеют быстрое время отклика. После того, как вы коснетесь его пальцем, сразу же выходной сигнал датчика начнет расти.

В этом разделе статьи я подробно рассмотрю функции, цену, способы взаимодействия с датчиком и лучшие приложения для каждого датчика.

Датчики температуры для любителей (DS18B20, LM35DZ, TMP100, DHT11, RHT03 (DHT22), LM75)

1.DS18B20

DS18B20 — дешевый цифровой датчик температуры по цене всего 3,95 доллара. Датчик используется в большом количестве любительских приложений как для новичков, так и для более опытных.

Этот датчик имеет однопроводный интерфейс, что означает, что для связи с микроконтроллером требуется только один контакт. Более того, он разработан с уникальным серийным номером, который позволяет подключать больше датчиков к одной шине данных.

Точность измерений высока, потому что датчик не зависит от точности микроконтроллера для измерения аналогового сигнала.А поскольку этот датчик имеет цифровой выход, вы не получите никакого ухудшения сигнала даже на больших расстояниях.

Датчик используется в большом количестве приложений, включая робота для измерения и мониторинга температуры, мониторы температуры воздуха и т. Д.

Примечание: DS18B20 имеет водонепроницаемую версию, предназначенную для измерения температуры во влажных условиях. Этот датчик покрыт оболочкой из ПВХ, и все, что вы знаете об интерфейсе и характеристиках, остается прежним.

Из этого туториала Вы узнаете, как подключить датчик к плате Arduino UNO и считывать значения температуры, измеренные датчиком.В скетче называется библиотека DallasTemperture, которая поможет вам очень легко использовать этот датчик: Arduino — One Wire Digital Temperature Sensor — DS18B20.

2. LM35DZ

Иногда я не верю, что мы можем купить датчики по цене ниже кофе. LM35DZ, вероятно, самый дешевый датчик температуры в сообществе DIY. Его цена всего 1,57 доллара.

Датчик калибруется непосредственно в градусах Цельсия, и единственным функциональным режимом является аналоговый выход, прямо пропорциональный температуре.

Это идеальный датчик для проектов Arduino, потому что он может получать питание напрямую от 5 В от вывода питания Arduino и имеет только три контакта (один вывод для аналогового выхода и два для источника питания).

При закрытой цепи датчик не может подвергаться окислению и часто используется для точного измерения температуры воды. Как правило, датчик используется в простых проектах для отображения на ЖК-дисплее текущей температуры, чтобы продвинутые роботы могли обнаруживать пожар в комнате, на складе или в лесу.

В этом руководстве вы найдете схему цепи с подключением цепи и эскиз Arduino для отображения температуры, обнаруженной датчиком, в градусах Цельсия и Фаренгейта. Чтобы подробнее изучить возможности LM35DZ, пользователь Instructables HarshV покажет вам, как построить автоматическую систему охлаждения.

3. TMP100

TMP100 имеет три особенности, которые делают его одним из лучших датчиков температуры для проектов DIY. Первая особенность заключается в том, что датчик поддерживает входное напряжение 2.От 7 В до 5,5 В, в отличие от датчика TMP102, которому требовалось входное напряжение от 1,4 В до 3,6 В. Вторая особенность — это два адресных контакта, которые позволяют управлять до восьми датчиков на одной шине I2C. Третья важная особенность — его водонепроницаемость, благодаря которой он хорошо измеряет температуру во влажном или сухом месте. Также датчик можно установить на горизонтальной платформе или вверх ногами.

Когда датчик покидает завод Texas Instruments, он представляет собой крошечный и компактный чип, похожий на паука на шести лапах.Чтобы упростить работу с датчиком TMP100, я рекомендую вам использовать коммутационную плату. Небольшая коммутационная плата DFRobot со встроенным датчиком TMP100 — хороший вариант по цене 11,55 долларов США.

В том же интернет-магазине показано, как связать коммутационную плату TMP100 с клоном Arduino и считать измеренную температуру.

4. DHT11

При цене 5,33 доллара DHT11 имеет преимущества по соотношению цена / производительность и является относительно дешевым датчиком для измерения температуры и влажности.Это датчик отличного качества, но с серьезным недостатком, поскольку вы можете считывать цифровой сигнал каждые 2 секунды.

В остальном довольно просто встроить датчик в ваш проект и контролировать окружающий воздух.

Датчик DHT имеет две версии: DHT11 и DHT22. Оба датчика очень хороши для измерения температуры и влажности, но характеристики разные.

По сравнению с DHT11, DHT22 хорошо измеряет температуру от -40 до 125 ° C и имеет более высокую точность, чем DHT11.Но даже он не может считывать данные в большом диапазоне температур, DHT11 меньше и дешевле, чем DTh32.

В этом руководстве вы найдете информацию о том, как подключить датчик, установить библиотеку DHT11 и отобразить на последовательном мониторе Arduino значения, генерируемые датчиком.

От считывания до отображения температуры на ЖК-экране — считанные минуты. Если вы хотите попробовать что-то другое, кроме простого приложения для измерения температуры, вы можете попробовать систему для проверки температуры и влажности в комнате и отображения значений, записанных на ЖК-дисплее и на веб-странице.

5. RHT03 (DHT22)

RHT03 (также известный как SHT22) — это цифровой датчик температуры и влажности, который поставляется откалиброванным и не требует дополнительных компонентов для контроля воздуха в помещении или на складе. Датчик прост в использовании с любым микроконтроллером Arduino и стоит 9,95 долларов.

По сравнению со своим младшим братом DHT11, DHT22 более точен и может считывать температуру и влажность чаще, чем раз в секунду или две.

В этом руководстве показаны все детали интерфейса и отображения значений влажности и температуры, зарегистрированных датчиком.

6. LM75

LM75 — еще один очень дешевый цифровой датчик по цене всего 2,21 доллара. Этот датчик имеет две важные особенности: он недорогой и выполнен в виде температурного чипа I2C.

Датчик предназначен для поверхностного монтажа, и к нему нужно припаять провода. Это хороший датчик для любителей и студентов, которые могут научиться контролировать температуру.

В этом руководстве вы найдете эскиз Arduino для отображения температуры, зарегистрированной датчиком.

Датчики температуры для автоматизации и управления процессами

Датчики температуры для автоматизации и управления процессами дороги в среднем по сравнению с любителями и датчиками температуры и обычно используются для контроля температуры в средах с большими колебаниями или для точной регистрации данных.

В этом разделе статьи я подробно рассмотрю особенности, приложения и способы использования каждого датчика температуры (SHT15, Thermocouple Type-K) для автоматизации и управления процессами с помощью микроконтроллера Arduino.

Датчики температуры для автоматизации и управления процессами (SHT15, термопара типа K)

7. SHT15

SHT15 — это точный датчик влажности и температуры, предназначенный для работы в средах с большими колебаниями влажности и температуры.По цене 41,95 доллара США в Robotshop датчик поставляется полностью откалиброванным и с 2-проводным цифровым интерфейсом.

В этом руководстве вы узнаете, как регистрировать температуру и влажность датчиком.

8. Термопара типа K

Большинство датчиков температуры из этой статьи не могут достигать температуры выше 125 ° C. Термопара типа K отличается и работает при более высоких рабочих температурах, чем большинство датчиков.

Учитывая его характеристики, ожидается, что он будет стоить больше, чем любой другой датчик.На самом деле термопара представляет собой простую комбинацию двух чувствительных металлов и стоит всего 9,95 доллара.

Он имеет простой цифровой двухпроводной интерфейс и измеряет не более 1 метра (около 3 футов). Для датчика требуется усилитель, такой как MAX31855, который выводит цифровой сигнал на микроконтроллер Arduino.

Вместе с платой Arduino датчик Type-K может использоваться для измерения температуры в нагревателях и котлах, системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и т. Д.

В учебном пособии Adafruit показано, как подключить термопару к усилителю MAX31855 и отобразить температуру обнаруживается датчиком.

Датчики температуры для проектов с особыми потребностями

DS18B20, TMP100 или DHT11 обычно являются хорошим вариантом, если вы хотите контролировать температуру в помещении или на улице в лесу и делать вас довольными своим проектом. Но что, если вы хотите определить движение или количество людей в комнате? В эту категорию входит три специальных датчика температуры.

Все датчики, включенные в этот раздел статьи, используются в специальных проектах, потому что работают иначе и измеряют температуру иначе, чем мы уже знаем о классических датчиках температуры.

Датчики температуры для проектов с особыми потребностями (MLX90614ESF, TPA81, D6T MEMS)

9. MLX90614ESF

Датчик MLX90614ESF определяет температуру, посылая инфракрасный свет на удаленные объекты. Поскольку датчик излучает инфракрасные волны, он может определять температуру объекта, не касаясь его физически.
При цене 19,95 долларов датчик прост в использовании, имеет хорошую точность и высокое разрешение.

Датчик разработан для широкого спектра применений, особенно когда требуется измерять температуру в поле обзора 90 градусов.

Связь с MLX90614 осуществляется двумя способами вывода: ШИМ и SMBus.

Вот пример, демонстрирующий использование датчика MLX90614ESF. Он создает базовое приложение, которое позволяет вам наблюдать за работой инфракрасных датчиков.

10. TPA81

Инфракрасный датчик со встроенной линзой в сочетании со все более сложным модулем для одновременного измерения температуры восьми соседних точек может быть способен на некоторые очень интересные вещи.

Вы можете настроить его на обнаружение тепла человеческого тела или пламени свечи на расстоянии до 2 метров (около 6 футов).

Датчик стоит 105,44 доллара США и взаимодействует с системой разработки через интерфейс I2C.

В этом руководстве описывается настройка аппаратного и программного обеспечения, необходимого для подключения датчика TPA81 к микроконтроллеру. Датчик делает возможным определение температуры в большом количестве приложений, включая робота-гуманоида NAO, который использует термодатчик TPA81 для обнаружения источника тепла.

11. D6T MEMS

Может быть, вы хотите, чтобы что-то происходило, когда никого нет дома или вы входите в комнату, например, чтобы выключили или включили свет. Работая с инфракрасными волнами, вы можете рассматривать датчик DT6 как следующий логический шаг для наблюдения за территорией, охраны или безопасности.

Этот более умный датчик может подсчитать количество людей в комнате, даже если никто из них не двигается.

Датчик имеет цену 49,88 долларов США и взаимодействует с микроконтроллером Arduino через интерфейс I2C.

Этот файл PDF покажет вам, как получить значения измерений от инфракрасного датчика.

Режим отказа

Не все датчики температуры созданы одинаковыми, и иногда они могут считывать высокие или низкие температуры. Если вы действительно не знаете, неисправен ли датчик температуры, вы должны проверить ниже наиболее распространенный вид неисправности датчика температуры.

1. Датчик нагревается электроникой
Это, вероятно, одна из наиболее распространенных ошибок при использовании датчика для отслеживания или определения температуры.Если датчик нагревается электроникой, датчик не будет сообщать правильную температуру. Первый шаг — локализовать нагрев или переместить датчик за пределы шкафа.

2. Ошибка библиотеки
Когда вы используете Arduino для измерения температуры от датчика, в скетче Arduino это называется библиотекой, совместимой с датчиком. Вы должны быть уверены, что библиотека из эскиза является той, которая поддерживает тип датчика.

3. Температура превышает максимальную температуру
Это один из худших сценариев для системы, которая измеряет температуру.Обычно производитель записывает в даташит датчика, что произойдет, если температура превысит максимальную температуру, поддерживаемую датчиком. В худшем случае, когда ваш датчик достиг максимальной температуры, ваш чип может получить внутреннее повреждение или может расплавиться.

Советы: Всегда полезно выбирать датчик, который может поддерживать все предполагаемые измеряемые температуры. Все датчики, рассмотренные в этой статье, обычно более точны, когда температура достигает значений из середины диапазона.

4. Правильное преобразование Цельсия в Фаренгейт
Вам необходимо выполнить правильное преобразование Цельсия в Фаренгейты или Фаренгейта в Цельсий. В техническом описании от производителя вы найдете информацию о датчике, касающуюся измерений.

5. Тепло, передаваемое по проводу
Если датчик соприкасается с проводом, провод может проводить удивительное количество тепла. Контакт между проводом и датчиком может быть проблемой, особенно когда вы контролируете температуру вдоль труб.

6. Конденсация утром
Конденсат утром может разрушить ваш проект или ваши ожидания относительно измерений температуры. Конденсат появляется каждое утро, когда теплый влажный воздух встречается с более прохладным сухим воздухом. В этом случае водяные пары могут конденсироваться на электронике так же, как на траве. Поэтому, если вы думаете, что ваш проект подвержен конденсации, вы должны использовать материалы, которые предотвращают конденсацию водяного пара.

Ссылки:
Приложение для измерения температуры мобильного робота через Bluetooth, SERSC
Сравнение датчиков температуры Arduino, Homautomaion
Точное измерение температуры с помощью Arduino, Electronics Stackexchange
Что происходит при достижении максимальной температуры на датчике температуры ?, Electronics Stackexchange
My DS18B20 высокий уровень, как мне заставить его вернуть правильную температуру ?, Arduino Stackexchange

.