Схема термодатчика. Схема датчика температуры: принцип работы и основные типы

Как работает схема датчика температуры. Какие бывают виды датчиков температуры. Как выбрать подходящий датчик для измерения температуры. Преимущества и недостатки разных типов термодатчиков.

Принцип работы датчика температуры

Датчик температуры — это устройство, которое позволяет измерять температуру окружающей среды или объекта и преобразовывать ее значение в электрический сигнал. Принцип работы датчика температуры основан на зависимости какого-либо физического параметра от температуры.

Основные физические явления, используемые в датчиках температуры:

• Изменение электрического сопротивления проводника или полупроводника при изменении температуры
• Возникновение термоЭДС в месте соединения разнородных проводников (эффект Зеебека)
• Изменение объема жидкости или газа при нагревании/охлаждении
• Изменение частоты колебаний кварцевого резонатора
• Изменение интенсивности теплового излучения

В большинстве современных датчиков температуры используется изменение электрических параметров чувствительного элемента под воздействием температуры. Это позволяет легко преобразовать температуру в электрический сигнал для дальнейшей обработки.

Основные типы датчиков температуры

Существует несколько основных типов датчиков температуры, различающихся по принципу действия и характеристикам:

1. Термопары

Термопара состоит из двух проводников из разнородных металлов, соединенных на одном конце. При нагреве места соединения возникает термоЭДС, пропорциональная разности температур горячего и холодного спаев.

Преимущества термопар:

• Широкий диапазон измеряемых температур (от -270°C до +2500°C)
• Высокая точность
• Быстродействие
• Простота конструкции

Недостатки:

• Нелинейная характеристика
• Необходимость компенсации температуры холодного спая

2. Термосопротивления

Принцип действия основан на изменении электрического сопротивления проводника при изменении температуры. Наиболее распространены платиновые термосопротивления.

Преимущества термосопротивлений:

• Высокая точность и стабильность показаний
• Хорошая линейность характеристики
• Возможность измерения как низких, так и высоких температур

Недостатки:

• Относительно высокая стоимость
• Необходимость источника тока для измерения

3. Термисторы

Термисторы — это полупроводниковые резисторы с большим температурным коэффициентом сопротивления. Различают термисторы с отрицательным (NTC) и положительным (PTC) ТКС.

Преимущества термисторов:

• Высокая чувствительность
• Малые размеры
• Низкая стоимость

Недостатки:

• Нелинейная характеристика
• Ограниченный температурный диапазон
• Саморазогрев при прохождении измерительного тока

Схемы включения датчиков температуры

Для корректной работы датчика температуры необходимо правильно организовать его включение в измерительную схему. Рассмотрим основные схемы включения датчиков температуры на примере термосопротивлений.

Двухпроводная схема

Самая простая схема включения термосопротивления. Однако на точность измерений влияет сопротивление соединительных проводов.

Трехпроводная схема

Позволяет компенсировать влияние сопротивления проводов. Применяется для подключения датчиков на расстоянии до 100 м.

Четырехпроводная схема

Обеспечивает наиболее точные измерения за счет полной компенсации сопротивления проводов. Используется для прецизионных измерений.

Выбор датчика температуры

При выборе датчика температуры для конкретного применения необходимо учитывать следующие факторы:

• Диапазон измеряемых температур
• Требуемая точность измерений
• Быстродействие
• Условия эксплуатации (влажность, агрессивные среды и т.д.)
• Стоимость
• Простота монтажа и обслуживания

Для измерения низких и средних температур (до 500°C) оптимальным выбором будут термосопротивления или термисторы. Для высокотемпературных измерений лучше подойдут термопары.

Применение датчиков температуры

Датчики температуры широко применяются в различных областях:

• Системы климат-контроля и отопления
• Промышленные процессы и автоматизация
• Медицинское оборудование
• Автомобильная электроника
• Бытовая техника
• Метеорологические станции
• Научные исследования

Правильный выбор типа датчика и схемы его включения позволяет обеспечить точные измерения температуры в широком диапазоне условий эксплуатации.

Заключение

Датчики температуры являются важнейшим элементом систем измерения и контроля температуры. Понимание принципов их работы и особенностей различных типов датчиков позволяет грамотно подобрать оптимальное решение для конкретной задачи. При проектировании измерительных систем необходимо учитывать характеристики датчиков и правильно организовывать их включение в измерительные схемы.

Схема датчика температуры — Лучшее отопление

 

Схема датчика температуры

Все приборы, в которых используются проводники, требуют соблюдения определенного температурного режима. Очень часто, при повышении тока и напряжения, такие устройства перестают работать. Для того, чтобы избежать неприятных ситуаций, существует схема датчика температуры, применяемая в составе многих электронных приборов и устройств.

Использование термодатчика

Основной функцией датчика является своевременное обнаружение отклонений от температурного режима. При наступлении критического перегрева, термодатчик подает световой сигнал. Действие прибора основано на сравнении нормального напряжения с повышенным напряжением, возникающим при увеличении температуры.

Устройство оборудовано инвертирующим входом, соединенным через анод с кремниевым диодом, непосредственно выполняющим функцию термодатчика. Кроме того, здесь имеется неинвертирующий вход, подключенный к переменному резистору. Он предназначен для установки температурного порога, когда происходит срабатывание сигнализатора.

В случае изменения температуры в сторону увеличения, происходит падение напряжения на диоде. В этом случае, значение температурного коэффициента сопротивления будет отрицательным. Физические свойства датчика позволяют обнаруживать даже незначительные колебания температуры.

Дополнительные компоненты и схема датчика

Кроме основных диодных устройств, схема датчика температуры включает в себя ряд дополнительных элементов. Прежде всего, это конденсатор, позволяющий защитить прибор от посторонних влияний. Дело в том, что операционный усилитель обладает повышенной чувствительностью на воздействие переменных электромагнитных полей. Конденсатор снимает эту зависимость с помощью наведения отрицательной обратной связи.

При участии транзистора и стабилитрона образуется опорное стабилизированное напряжение. Здесь используются резисторы с повышенным классом точности при низком значении температурного коэффициента сопротивления. Тем самым, вся схема приобретает дополнительную стабильность. В случае возможных значительных изменений температурного режима, прецизионные резисторы можно не применять. Они используются только для контроля небольших перегревов.

При расположении датчика на дальнем расстоянии от сигнализатора, они должны соединяться между собой двухжильным экранированным проводом. При этом, выводы датчика не должны касаться металлических частей устройства, находящегося под контролем.

Схема датчика температуры и его компоненты

Кроме основных диодных устройств, схема датчика температуры включает в себя ряд дополнительных элементов. Использование термодатчика

Источник: electric-220.ru

 

Датчик температуры

Зависимость падения напряжения на p-n переходе от температуры было замечено сразу после создания самого этого перехода. Это свойство полупроводников используется в электронных термометрах, датчиках температуры, термореле и т.д.

Простейшим датчиком температуры является p-n переход кремниевого диода, температурный коэффициент напряжения, которого равен, примерно, 3 мВ/°C, а прямое падение напряжения находится в районе 0,7В. Работать с таким маленьким напряжением неудобно, поэтому в качестве термозависимого элемента лучше использовать p-n переходы транзистора, добавив к нему базовый делитель напряжения. Полученный двухполюсник обладает свойствами цепочки диодов, т.е. падение напряжения на нем можно устанавливать намного больше, чем 0,7В. Зависит оно от соотношения базовых резисторов R1 и R2 см. рис. 1.

Обладая отрицательным температурным коэффициентом сопротивления, этот двухполюсник нашел применение в схеме питания варикапов. При повышении температуры, емкость варикапов начинает увеличиваться, но одновременно уменьшается падение напряжения на двухполюснике VT1, R1,R2, что ведет к увеличению напряжения на переменном резисторе и соответственно на варикапе, уменьшая его емкость. Таким образом, достигается температурная стабилизация резонансной частоты колебательного контура. На рисунке 2 показана схема двухполюсника, который можно использовать в качестве термодатчика в схемах электронных термореле и термометрах. Здесь есть одно неудобство, кристалл транзистора КТ315 размещен в пластмассовом корпусе, что повышает инерцию измерения температуры или срабатывания реле. И второе, это неудобство крепления его к объекту, температуру которого необходимо отслеживать. Например, для отслеживания температуры теплоотводов мощных ПП, лучше применить в качестве термодатчика транзистор КТ814. Конструкция этого транзистора позволяет крепить его непосредственно к радиатору, находящемуся под потенциалом земли, всего одним винтиком. Такой датчик используется в схеме терморегулятора для вентилятора, размещенной на сайте www. ixbt.com/spu/fan-thermal-control.shtml

Терморегулятор для вентилятора.

На рисунке 4 показана практическая схема для вентилятора охлаждения блока питания. Применение операционного усилителя средней мощности К157УД1 в качестве компаратора, позволило подключить пару вентиляторов от блока питания компьютера непосредственно на выход микросхемы, выходной ток которой, равен 0,3А. Температуру включения вентиляторов устанавливают резистором R5. Схема работает следующим образом. При нормальной температуре теплоотвода напряжение на выводе 9 микросхемы DA1 должно быть больше, чем на выводе 8. При этом на выходе DA1, выводе 6, будет потенциал близкий к напряжению питания схемы. Напряжение на вентиляторах при таких условиях будет практически равно «0». Вентиляторы выключены. При повышении температуры теплоотводов будет повышаться и температура транзистора VT1, что в свою очередь вызовет уменьшение напряжения на неинвертирующем входе 8 микросхемы DA1. Как только это напряжение будет меньше напряжения, установленного резистором R5, состояние компаратора изменится и на его выходе напряжение упадет примерно до потенциала земли. Вентиляторы включатся. Резистор R7 обеспечивает небольшой гистерезис схемы, что исключает неопределенное состояние выходного напряжения на выходе DA1 при равенстве входных напряжений. Плату терморегулятора лучше установить прямо на контролируемом радиаторе, чтобы его микросхема тоже обдувалась вентилятором. Транзистор VT1 соединяется с платой тремя проводами и устанавливается в непосредственной близости от мощных ПП.

Датчик температуры, Все своими руками

Приведены схемы датчиков температуры на транзисторах. Схемы включения.

Источник: www.kondratev-v.ru

 

Схема датчика температуры

В этой статье мы обсудим различные типы датчиков температуры и возможность их использования в каждом конкретном случае. Температура – это физический параметр, который измеряется в градусах. Она является важнейшей частью любого измерительного процесса. К областям требующим точных измерений температуры относится медицина, биологические исследования, электроника, исследования различных материалов, и тепловых характеристик электротехнической продукции. Устройство, используемое для измерения количества тепловой энергии, позволяющее нам обнаружить физические изменения температуры известно как датчик температуры. Они бывают цифровые и аналоговые.

Основные типы датчиков

В целом, существует два методы получения данных:

1. Контактный. Контактные датчики температуры находятся в физическом контакте с объектом или веществом. Они могут быть использованы для измерения температуры твердых тел, жидкостей или газов.

2. Бесконтактный. Бесконтактные датчики температуры производят обнаружение температуры, перехватывая часть инфракрасной энергии, излучаемой объектом или веществом и чувствуя его интенсивность. Они могут быть использованы для измерения температуры только в твердых телах и жидкостях. Измерять температуру газов они не в состоянии из-за их бесцветности (прозрачности).

Типы датчиков температуры

Есть много различных типов датчиков температуры. От простых контролирующих процесс вкл/выкл термостатического устройства, до сложных контролирующих системы водоснабжения, с функцией её нагрева применяемых в процессах выращивания растений. Два основных типа датчиков, контактные и бесконтактные далее подразделяются на резистивные, датчики напряжения и электромеханические датчики. Три наиболее часто используемых датчика температуры это:

• Термисторы
• Термопреобразователи сопротивления
• Термопары

Эти датчики температуры отличаются друг от друга с точки зрения эксплуатационных параметров.

Термистор – это чувствительный резистор, изменяющий свое физическое сопротивление с изменением температуры. Как правило, термисторы изготавливаются из керамического полупроводникового материала, такого как кобальт, марганец или оксид никеля и покрываются стеклом. Они представляют собой небольшие плоские герметичные диски, которые сравнительно быстрое реагируют на любые изменения температуры.

За счет полупроводниковых свойств материала, термисторы имеют отрицательный температурный коэффициент (NTC), т.е. сопротивление уменьшается с увеличением температуры. Однако, есть также термисторы, с положительным температурным коэффициентом (ПТК), их сопротивление возрастает с увеличением температуры.

График работы термистора

Преимущества термисторов

• Большая скорость реагирования на изменения температуры, точность.
• Низкая стоимость.
• Более высокое сопротивление в диапазоне от 2,000 до 10,000 ом.
• Гораздо более высокая чувствительность (

200 ом/°C) в пределах ограниченного диапазона температур до 300°C.

Зависимости сопротивления от температуры

Зависимость сопротивления от температуры выражается следующим уравнением:

где A, B, C – это константы (предоставляются условиями расчёта), R – сопротивление в Омах, T – температура в Кельвинах. Вы можете легко рассчитать изменение температуры от изменения сопротивления или наоборот.

Как использовать термистор?

Термисторы оцениваются по их резистивному значению при комнатной температуре (25°C). Термистор-это пассивное резистивное устройство, поэтому оно требует производства контроля текущего выходного напряжения. Как правило, они соединены последовательно с подходящими стабилизаторами, образующими делитель напряжения сети.

Пример: рассмотрим термистор с сопротивлением значение 2.2K при 25°C и 50 Ом при 80°C. Термистор подключен последовательно с 1 ком резистором через 5 В питание.

Следовательно, его выходное напряжение может быть рассчитано следующим образом:

При 25°C, RNTC = 2200 Ом;

При 80°C, RNTC = 50 Ом;

Однако, важно отметить, что при комнатной температуре стандартные значения сопротивлений различны для различных термисторов, так как они являются нелинейными. Термистор имеет экспоненциальное изменение температуры, а следовательно-бета постоянную, которую используют, чтобы вычислить его сопротивление для заданной температуры. Выходное напряжение на резисторе и температура линейно связаны.

Резистивные датчики температуры

Температурно-резистивные датчики (термопреобразователи сопротивления) изготовлены из редких металлов, например платины, чье электрическое сопротивление изменяется от соответственно изменению температуры.

Резистивный детектор температуры имеет положительный температурный коэффициент и в отличие от термисторов, обеспечивает высокую точность измерения температуры. Однако, у них слабая чувствительность. Pt100 являются наиболее широко доступным датчиком со стандартным значение сопротивления 100 Ом при 0°C. Основным недостатком является высокая стоимость.

Преимущества таких датчиков

• Широкий диапазон температур от -200 до 650°C
• Обеспечивают высокий выход по току падения
• Более линейны по сравнению с термопарами и термосопротивлениями

Наиболее часто используются датчики температуры-термопары, потому что они точны, работают в широком диапазоне температур от -200°C до 2000°C, и стоят сравнительно недорого. Термопара с проводом и штепсельной вилкой на фото далее:

Работа термопар

Термопара изготовляется из двух разнородных металлов, сваренных вместе, что даёт эффект разности потенциалов от температуры. От разницы температур между двумя спаями, образуется напряжение, которое используется для измерения температуры. Разность напряжений между двумя спаями называется “эффект Зеебека”.

Если оба соединения имеют одинаковую температуру, потенциал различия в разных соединениях равен нулю, т.е. V1 = V2. Однако, если спаи имеют разную температуру, выходное напряжение относительно разности температур между двумя спаями будет равно их разности V1 – V2.

Типы термопар

В зависимости от конструкции и назначения различают термопары погружаемые и поверхностные; с обыкновенной, взрывобезопасной, влагонепроницаемой или иной оболочкой (герметичной или негерметичной), а также без оболочки; обыкновенные, виброустойчивые и ударопрочные; стационарные и переносные и другие.

ДАТЧИКИ ТЕМПЕРАТУРЫ

Схема датчика температуры В этой статье мы обсудим различные типы датчиков температуры и возможность их использования в каждом конкретном случае. Температура – это физический параметр, который

Источник: el-shema.ru

 

Температурный датчик

Принципиальная электрическая схема температурного датчика общего применения приведена на рис. 4.2. Электронная часть температурного датчика включает в свой состав входные и выходные цепи, сетевой понижающий трансформатор питания 77, выпрямительное устройство и устройство сравнения. Работает температурный датчик от сети переменного тока напряжением 220 В частотой 50 Гц.

Подключается датчик к сети с помощью электрического соединителя XL На входе установлен плавкий предохранитель F1, защищающий датчик от коротких замыканий и перегрузок во входных цепях. Включение и выключение электронного датчика осуществляются с помощью однополюсного переключателя SI и контролируются неоновой лампочкой HI тлеющего разряда.

Сетевой понижающий трансформатор 77 изготавливается на шихтованном броневом магнитопроводе типа Ш или УШ. Активная площадь поперечного сечения стали магнитопровода должна быть выбрана в пределах от 3 до 5 см 2 . В устройстве можно использовать унифицированный трансформатор кадровой развертки

Рис. 4.2. Схема 1емпера iурного датчика общею применения.

типа ТВК с перемоткой вторичной обмотки на выходное напряжение 12 В. Сетевой трансформатор обеспечивает расчетный уровень выпрямленного напряжения постоянного тока, трансформирует высокое напряжение сети в низкое переменное напряжение, что создает более безопасные условия эксплуатации, а также обеспечивает полную гальваническую развязку вторичных цепей электронного датчика температуры от первичной сети переменного тока.

Выпрямитель собран на четырех выпрямительных диодах VDI—VD4 по однофазной двухполупериодной мостовой схеме, которая характеризуется повышенной частотой пульсаций выпрямленного выходного напряжения, пониженным обратным напряжением на комплекте выпрямительных диодов и более полным использованием габаритной мощности сетевого трансформатора. На выходе выпрямителя действует постоянное напряжение 12 В. Работает выпрямитель на емкостный фильтр, собранный на конденсаторе С/ и сглаживающий пульсации выпрямленного напряжения. Основным элементом температурного датчика является терморезистор R2 с нелинейной вольт-амперной характеристикой, отличительной особенностью которого является резко выраженная зависимость электрического сопротивления от температуры, напряжения, магнитного поля и других факторов. Терморезисторы с положительным и отрицательным температурными коэффициентами сопротивления используются в системах дистанционного и централизованного измерения и регулирования температур, противопожарной сигнализации, теплового контроля и защиты электронных устройств, в системах температурной компенсации ряда элементов электрических цепей и контуров, в частности для термокомпенсации кварцевых резонаторов и генераторов, используются для стабилизации режимов транзисторных каскадов, для измерения мощности, а также в качестве дистанционных бесконтактных переменных резисторов, ограничителей и предохранителей, реле времени, стабилизаторов напряжения, применяются в cxeivax размагничивания масок цветных кинескопов и др.

Активный элемент схемы датчика — терморезистор — реагирует на окружающую температуру изменением своего сопротивления. Как только температура достигает определенной заданной величины, схема срабатывает, включая электромагнитное реле /С/, которое через свои контакты подает соответствующие команды на исполнительные механизмы, например на включение электромагнитов. С помощью переменного резистора R4 можно регулировать температуру срабатывания температурного датчика в пределах от 0 до 40 °С.

При изготовлении температурного датчика использованы следующие комплектующие ЭРЭ: транзисторы VT1 типа МП25, VT2 — МП37Б; терморезистор R2 типа MMT-4; конденсатор С/ типа K50-6-16B-200 мкФ; выпрямительные диоды VD1—VD4 типа Д105А; резисторы R1 типа ВСа-2-200 кОм, R3 — ВСа-0,5-2 кОм, R4 — СП-Н-1Вт-А-2 кОм, R5 — ВСа-0,5-10 кОм, R6 — ВСа-0;5-22 кОм, R7 — ВСа-0,5-2 кОм, R8 — ВСа-0,5-20 Ом, R9 — ВСа-0,5-1,6 кОм; реле электромагнитное К1 типа РЭС-10 (паспорт PC4. 524.302).

Область применения датчика может быть расширена, если использовать его на садово-огородном участке в пристенных и пленочных теплицах, а также для определения весенних заморозков.

Первичная обмотка сетевого трансформатора 77 содержит 3120 витков провода марки ПЭВ-2 диаметром 0,18 мм, вторичная обмотка — 179 витков провода марки ПЭВ-2 диаметром 0,51 мм.

Техническая характеристика температурного датчика общего применения

Номинальное напряжение питающей сети

Номинальная частота питающей сети

Пределы изменения напряжения питающей сети

Пределы изменения частоты питающей сети

Коэффициент нелинейных искажений питающей сети

Напряжение переменного тока на вторичной обмотке

Выпрямленное напряжение постоянного тока,

питающее электронную часть датчика, В …….. 12

Температура регулирования, при которой

Погрешность измерения на краях •

Потребление тока в ждущем режиме, мА, не более . .4 Габаритная мощность сетевого понижающего

Сидоров И. Н. С34 Самодельные электронные устройства для дома: Справочник домашнего мастера.— СПб.: Лениздат, 1996.- 352 е.. ил.

Температурный датчик, Техника и Программы

Принципиальная электрическая схема температурного датчика общего применения приведена на рис. 4.2. Электронная часть температурного датчика включает в свой

Источник: nauchebe.net

 

Схема датчика температуры на основе транзистора

При измерении температуры высокая точность обычно не требуется, особенно когда речь идет только о фиксации превышения заданного порогового значения. Это относится, в частности, к схемам термической защиты, которыми оснащены устройства определенного класса. Долгое время в таких схемах использовались электромеханические датчики температуры, однако в настоящее время разработчики все чаще применяют электронные компоненты, необязательно специализированные. Измерить температуру можно и с помощью обычного транзистора, как это сделано в схеме на рис. 1.

Рис. 1. Измеритель температуры на транзисторном датчике

Собственно датчиком служит переход база-эмиттер первого транзистора, так как при нагревании напряжение на переходе существенно изменяется. Два других транзистора нужны для усиления снимаемого с датчика напряжения и для его преобразования в логический сигнал, который переключается при достижении заданной температуры (обычно 80-100 °С). В данном устройстве необходимо обеспечить хороший тепловой контакт между датчиком и радиатором, как и в случае монтажа охлаждаемых компонентов. Однако на этом контакте должно соблюдаться условие полной электрической изоляции во избежание сбоев логического сигнала.

Схема датчика температуры на основе транзистора

При измерении температуры высокая точность обычно не требуется, особенно когда речь идет только

Источник: radiostorage.net

 

Схемы подключения датчиков температуры Pt100, Pt1000

Как видно из рисунков 1-3 датчик представляет из себя некий термоэлемент, сопротивление которого изменяется в зависимости от его собственной температуры. К термоэлементу в зависимости от схемы подключения могут быть подпаяны 2 провода (рис.1), три провода (рис.2), четыре провода (рис.3).

Для чего применяются различные схемы подключения датчиков температуры сопротивления?

Дело в том, что измеряемым параметром при применении таких датчиков является сопротивление датчика, однако провода имеют собственное сопротивление и внсят тем самым определенную погрешность.

Например, если датчик температуры Pt100 при нуле градусов Цельсия (сопротивление 100 Ом) подключен по двух проводной схеме медным проводом сечением 0,12 мм2, длина соединительного кабеля 3 м, то два провода в сумме дадут сопротивление около 0,5 Ом в результате набегает погрешность — датчик дает суммарное сопротивление 100,5 Ом, что соответствует температуре примерно 101,2 градуса.

Эту погрешность можно скорректировать прибором (если прибор это позволяет), введя корректировку на 1,2 градуса. Однако такая корректировка не может полностью компенсировать сопротивление проводов датчика. Это связано с тем, что медные провода являются сами по себе термосопротивлениями, т.е. сопротивление проводов так же меняется от темепратуры. Причем в случае например с нагреваемой камерой часть проводов, которая находится вместе с датчиком нагревается и меняет сопротивление, а часть за пределами камеры меняется с изменением температуры в комнате.

В случае рассмотренном выше при сопротивлении проводов 0,5 ома при нагреве на каждые 250 градусов сопротивление проводов может измениться практически вдвое. Дав дополнительно 1,2 градуса Цельсия погрешность.

Для исключения влияния сопротивления проводов применяют трехпроводную схему подключения датчика температуры. При такой схеме подключения прибор измеряет суммарное сопротивление датчика с проводами и сопротивление двух проводов (или одного провода и умножает его на 2) и вычитает сопротивление проводов из суммарного, выделяя тем самым чистое сопротивление датчика. Такая схема подключения позволяет получать достаточно высокую точность при значительных влияниях сопротивлений проводов на тчоность измерения. Однако данная схема не учитывает, что провода ввиду погрешностей изготовления могут обладать разным сопротивлением (в следствии неоднородности материала, изменения сечения по длине и пр.)  такие погрешности вводят меньшие отклонения в отображаемой температуре чем при двух проводной схеме, однако при больших длинах проводов могут быть существенны. В таких случаях может потребоваться применение четырех проводной схемы подключения, в которой прибор измеряет непосредственно сопротивление датчика без учета соединительных проводов.

В каких случаях можно применять двух проводную схему подключения:

1. Диапазон измерения не большой (например 0…40 градусов) и требуется невысокая точность (например 1 градус)

2. Соединительные провода имеют большое сечение и длина их не велика, т.е сопротивление проводов мало по сравнению с сопротивлением датчика и не вносит существенной погрешности. Например суммарное сопротивление 2 проводов 0,1 ом, а сопротивление датчика меняется на 0,5 Ома на градус, требуемая точнось 0,5 градуса, таким образом сопротивление проводов вносит погрешность меньше, чем допустимая погрешность.

Трехпроводная схема подключения датчиков температуры сопротивления:

Наиболее распространненная схема подключения, применяемая для измерений на удалении датчика от 3 до 100 м, позволяющая в диапазоне до 300 градусов иметь погрешность порядка 0,5 %, т.е. 0,5 С на 100 С.

Четырех проводная схема подключения:

Применяется как правило для прецизионных измерений с точностью 0,1 С и выше.

Прозвонка (проверка) датчиков температуры сопротивления:

Для прозвонки датчиков температуры требуется обычный тестер показывающий сопротивление, для датчиков с сопротивлением при нуле градусов до 100 ом включительно потимальный диапазон измерения тестера до 200 Ом.

Прозвонку можно производить при комнатной температуре, либо при другой заранее известной температуре входящей в рабочую зону датчика (например поместив датчик в сосуд с водо-ледяной смесью 0 градусов или кипящий чайник примерно, с поправкой на давление, 100 градусов).

При прозвонке определяется, какие провода соединены между собой накоротко возле датчика, сопротивление между такими проводами как правило существенно меньше чем сопротивление датчика (это сопротивление между выводами 1,3 и 2,4). Сопротивление между такими выводами для стандартных датчиков составляет от 0 до 5 Ом, в зависимости от сечения и длинны соединительных проводов. Найдя провода с таким значением сопротивления мы однозначно можем определить какие выводы куда подключать. При трехпроводной схеме выводы 1 и 3 равнозначны т.е. если их подключить наоборот на измерение это никак не повлияет. При четырехпроводной схеме пары проводов 1,3 и 2,4 между собой равнозначны, и внутри пары между собой провода тоже равнозначны, т.е. первый с третим можно переставлять между собой, и второй с четвертым можно переставлять, и целиком пару 1,3 можно переставить с парой 2,4 на результаты измерений это не повлияет.

Кроме этого проверяется, что датчик рабочий, т.е. выдает то сопротивление которое должен при данной температуре (измерение между выводами 1 и 2).

Таблицу значений сопротивлений для основных типов датчиков при разных температурах можно посмотреть тут.

Кроме этого нужно убедиться, что датчик не замыкает на корпус термопреобразователя, прозвонив на мегаомном диапазоне (20. ..200 МОм) сопротивление между проводами и корпусом датчика, при этом руками касаться контактов корпуса, проводов и щупов нельзя. Если на мегаомах тестер показывает не бесконечное сопротивление, то скорее всего в корпус датчика попал жир или влага, такой датчик может работать некоторое время, но точность показаний будет снижаться, показания могут плавать.

Каким образом можно подключить датчик температуры сопротивления если его схема подключения не совпадает со схемой на приборе?

Рассмотрим различные варианты:

1. в наличии есть двухпроводный датчик температуры

Соответственно если подключить требуется к прибору с трехпроводной или четырехпроводной схемой, то можно установить соответственно одну или две перемычки на контактах прибора, в местах, где подключаются короткозамкнутые провода. На рисунках 4 и 5 это обозначено перемычками на контактах 1,3 и 2,4.

Подключение двухпроводного датчика по трех- и четырехпроводной схеме

Несомненно такое подключение приведет к погрешности измерения, и если прибор не позволяет её скомпенсировать, то можно в требуемом диапазоне измерения определить погрешность показаний используя образцовый термометр и рассчитать корректировку, которую нужно прибавлять к показаниям. Это позволит временно решить проблему и не останавливать технологический процесс.

2. в наличии есть трехпроводный датчик температуры

Если подключать такой датчик по двухпроводной схеме рекомендуется соединить два короткозамкнутых у датчика провода вместе, для уменьшения споротивления соединительных проводов (так же можно один из короткозамкнутых проводов заизолировать и не подключать или откусить кусачками). Датчик будет работать в двухпроводной схеме не внося никакой дополнительной погрешности.

Схема

, типы, преимущества и недостатки

В повседневной жизни мы все используем различные типы датчиков. Исходя из этого, датчик температуры является одним из видов датчиков, который чаще всего используется в различных формах, таких как микроволновые печи, водонагреватели, холодильники, термометры и т. д. Как правило, эти типы датчиков используются в самых разных приложениях для измерения количества прохладу или жар устройства и превратить его в читаемую единицу.

Знаете ли вы, как измеряется температура зданий, дамб, скважин, почвы:? Что ж, это можно сделать с помощью специального датчика температуры, чтобы вычислить показания температуры с помощью электрических сигналов. В этой статье обсуждается обзор датчиков температуры и их работы с типами и приложениями.

Что такое датчик температуры?

Датчик, который используется для измерения или поддержания фиксированной температуры в любом устройстве, известен как датчик температуры. Датчики такого типа играют ключевую роль в различных приложениях. Физические измерения, такие как температура, являются наиболее распространенными в промышленных приложениях. Датчик температуры обеспечивает измерение температуры в понятной форме с помощью электрического сигнала.

Датчик температуры

Эти виды датчиков доступны в различных формах, которые используются для различных методов управления температурой. Работа датчика температуры в основном зависит от напряжения на выводах диода. Итак, изменение температуры прямо пропорционально сопротивлению диода.

Измерение сопротивления на клеммах диода может быть выполнено и для изменения читаемых единиц измерения температуры, таких как Цельсий, Фаренгейт, Цельсия и представленных в виде числовых единиц измерения. В области геотехнического мониторинга датчики температуры используются для расчета внутренней температуры различных конструкций, таких как здания, плотины, мосты, электростанции и т. д. показано ниже. Как только цепь нагревается, реле запускает нагрузку. К этому реле можно приложить любое напряжение, например, 110 В переменного тока или 220 В переменного или постоянного тока, чтобы мы могли регулярно контролировать его при предпочтительной температуре. Эта схема проста и дешева в изготовлении. Для начинающих электроников это идеальная схема.

Цепь датчика температуры с релейным переключателем

Для создания этой цепи датчика температуры необходимы следующие компоненты: вход постоянного тока 9 В, термистор 10 кОм, транзистор BC547B, реле 6 В, диод 1N4007 и переменный резистор 20 кОм. Работа этой схемы может осуществляться с помощью 9-вольтовой батареи, адаптера или трансформатора. Эта схема включает 2 транзистора BC547B типа пары Дарлингтона. Таким образом, с помощью этих транзисторов можно увеличить чувствительность схемы, а также коэффициент усиления.

Требуемый диапазон нагрева можно настроить с помощью переменного резистора, при котором вы хотите активировать ваше реле. В этой схеме термистор играет ключевую роль, поскольку он обнаруживает тепло. Работа этой схемы довольно проста. Как только термистор нагреется, его сопротивление уменьшится, и это позволит потоку тока активировать транзисторы.

Когда оба транзистора срабатывают, они позволяют активировать напряжение на реле. Итак, теперь нагрузка, которая подключена к этому реле, будет активирована. Эта схема очень полезна, например, при работе вентилятора при заданной температуре. Он активирует сигнал тревоги в чрезвычайных ситуациях, когда вы не хотите перегреваться.

Типы датчиков температуры

Датчики температуры подразделяются на два типа: контактные и бесконтактные, где датчики контактного типа в основном используются в опасных зонах. Кроме того, эти типы датчиков подразделяются на различные типы, которые обсуждаются ниже.

Датчик температуры контактного типа

Датчик температуры контактного типа используется для определения величины температуры внутри объекта посредством прямого физического контакта с ним. Эти датчики можно использовать для обнаружения твердых тел, жидкостей или газов в широком диапазоне температур. Датчики температуры контактного типа доступны в различных типах, таких как RTD, термопара, термометр, термистор и т. д.

Среди них термопары обычно менее дороги из-за использования простого материала и модели. Другой тип датчика — термистор, сопротивление которого уменьшается при повышении температуры.

Термопара

Наиболее популярным и часто используемым датчиком температуры является термопара благодаря его чувствительности, точности, широкому диапазону температур, простоте и надежности. Как правило, этот тип датчика состоит из двух разных металлических секций, таких как медь и константан, которые соединяются в процессе сварки.

Термопара

Конструкция этого датчика может быть выполнена из двух разных металлов, которые соединяются двумя проводами в двух точках. Напряжение между этими проводами повторяет изменение температуры. Хотя по сравнению с РДТ точность будет несколько меньше. Диапазон температур этого датчика составляет от -200 ° C до -1750 ° C, но они дороги.

Когда соединение двух металлов охлаждается или нагревается, может формироваться напряжение, которое может быть связано обратно с температурой. Поэтому это называется термоэлектрическим эффектом. Как правило, они не дорогие, когда их материалы и дизайн просты.

Выход термопары в основном зависит от ее типа, при этом обычная термопара подразделяется на различные типы, такие как K, J, T, N и E, которые называются термопарами из недрагоценных металлов. Термопары типов S, B и R называются термопарами из благородных металлов, а типы C и D называются термопарами из тугоплавких металлов.

Температурный диапазон термопар варьируется в зависимости от их типов, как показано ниже.

• Диапазон температур термопары типа «J» составляет от 0° до 750°C
• Диапазон температур термопары типа «К» составляет от -200° до 1250°C
• Диапазон температур термопары типа «Е» составляет от -200° до 900°C
• Диапазон температур термопары типа «Т» составляет от -250° до 350°C
• Диапазон температур термопары типа «N» составляет от 0° до 1250°C

Термисторы

Термисторы, также известные как термочувствительные резисторы, изготовлены из керамических материалов, таких как определенные оксиды металлов, покрытых стеклом. Принцип работы термистора заключается в том, что при повышении температуры его сопротивление увеличивается.

Термисторный датчик

В соответствии с принципом, он подразделяется на два типа, такие как положительный температурный коэффициент (PTC) и отрицательный температурный коэффициент (NTC). При положительном температурном коэффициенте, когда температура материала увеличивается, сопротивление увеличивается, тогда как при NTC температура уменьшается, а сопротивление уменьшается. Сопротивление термистора будет увеличиваться при повышении температуры.

Этот тип датчика температуры демонстрирует предсказуемые, точные и значительные изменения при изменении различных температур. Огромное изменение — это не что иное, как температура, которая будет отражена быстро и точно. Термисторы более точны по сравнению с термопарами. Эти датчики изготавливаются из полимеров или керамики.

Термостаты

Датчики этого типа включают биметаллический сегмент, изготовленный из двух разнородных металлов, таких как никель, алюминий, медь или вольфрам. Эти металлы могут быть соединены вместе, чтобы получить биметаллическую полосу. Основной принцип работы термостата зависит от разности коэффициентов линейного расширения металлов. Таким образом, это подталкивает их к механическому движению из-за увеличения температуры.

Термостат

Биметаллическая пластина используется в качестве электрического переключателя в термостатическом управлении. Широкое использование этого заключается в управлении нагревательными элементами горячей воды в котлах, баках-аккумуляторах горячей воды, печах; радиаторные системы охлаждения в транспортных средствах и т. д.

RTD или резистивный датчик температуры

Конструкция резистивного датчика температуры может быть выполнена из точных проводящих металлов, таких как платина, заключенных в катушку. Электрическое сопротивление RTD изменяется при изменении температуры. RTD также называется термометром сопротивления и рассчитывает температуру через сопротивление элемента RTD, используя температуру.

RTD

RTD или датчики температуры сопротивления представляют собой металлическую фольгу термисторов, и это наиболее точный и дорогой тип датчиков температуры. RTD имеют PTC (положительные температурные коэффициенты), но отличаются от термисторов. Выход этого очень линейный, генерирующий очень точные измерения температуры.

Обычные типы резистивных датчиков температуры изготавливаются из платины, известной как PRT или платиновый термометр сопротивления. Наиболее часто доступным типом датчика является датчик Pt100, который включает типичное значение сопротивления, например, 100 Ом при 0°C.

ICS на основе полупроводников

Эти типы интегральных схем на основе датчиков температуры доступны в двух различных типах, таких как локальная температура и удаленный цифровой тип. IC типа локальной температуры используется для расчета их температуры с помощью физических свойств транзистора. Удаленный цифровой тип используется для расчета внешней температуры транзистора.

Локальные датчики температуры используют либо аналоговые, либо цифровые выходы. Аналоговые выходы представляют собой либо ток, либо напряжение, тогда как цифровые выходы можно наблюдать в различных форматах, таких как SMBus, I²C, SPI и 1-Wire. Эти датчики определяют температуру на печатных платах. Небольшой датчик температуры, такой как MAX31875, можно использовать в различных приложениях с батарейным питанием.

Работа удаленных цифровых датчиков температуры аналогична работе локальных датчиков температуры, которые используют физические свойства транзистора. Основное отличие состоит в том, что транзистор расположен вдали от микросхемы датчика. Некоторые ПЛИС и микропроцессоры содержат биполярный чувствительный транзистор для расчета температуры кристалла ИС.

Термометры

Устройство, подобное термометру, используется для расчета температуры жидкостей, твердых тел или газов. Как следует из названия, это комбинация двух терминов, таких как термос и метр, где термос — это не что иное, как тепло.

Термометр содержит жидкость, такую ​​как ртуть или спирт, внутри стеклянного цилиндра. Величина термометра линейно пропорциональна температуре. Как только температура повышается, увеличивается и количество термометров.

Термометр

При нагревании жидкости термометра она увеличивается в тонкой трубке. Этот термометр включает калиброванную шкалу, которая определяет температуру. Термометр имеет отмеченные числа рядом со стеклянной трубкой, которая указывает температуру, когда линия ртути достигает этой точки. Эта температура может быть сохранена в таких шкалах, как Кельвин, Цельсий или Фаренгейт. Таким образом, всегда разумно отметить, для какой шкалы отрегулирован измеритель.

Бесконтактный датчик температуры

Датчики температуры бесконтактного или бесконтактного типа не соприкасаются с целью. Таким образом, они рассчитывают температуру, используя излучение источника тепла. Распространенным типом бесконтактного датчика является ИК (инфракрасный) датчик, основная функция которого заключается в удаленном обнаружении энергии объекта и генерации знака для схемы, которая определяет температуру объекта с помощью точного плана калибровки.

Измерители такого типа не находятся в непосредственном контакте с целью, и они рассчитывают количество холода или тепла по всему излучению, испускаемому источником тепла. Датчики температуры бесконтактного типа используются в широком диапазоне. В Ковид 19пандемия, он используется для проверки температуры людей.

Еще несколько датчиков температуры обсуждаются ниже.

Температурный датчик LM35

LM35 IC — это датчик температуры, генерирующий аналоговый сигнал, аналогичный выходному. Выход этой ИС изменяется в зависимости от температуры вокруг нее. Этот тип ИС очень мал по размеру, а также дешев. Основной функцией этой ИС является расчет температуры в диапазоне от -55°C до 150°C.

Интерфейс этой ИС может быть выполнен с использованием любого микроконтроллера, который содержит функцию АЦП.
Эта микросхема может получать питание, подавая регулируемое напряжение +5 В на контакт i/p, а контакт GND можно подключить к GND схемы.

Инфракрасный датчик температуры

Инфракрасный датчик температуры обнаруживает электромагнитные сигналы в диапазоне 700–14 000 нм. Раз ИК-спектр расширяется до 1 000 000 нм, то эти датчики не рассчитывают более 14 000 нм. Работа ИК-датчиков может осуществляться путем фокусировки ИК-энергии, генерируемой объектом, на фотодетекторы.

Эти фотосенсоры преобразуют энергию в электрический сигнал, который сравним с инфракрасной энергией, генерируемой объектом. Потому что ИК-энергия, генерируемая любым объектом, может быть пропорциональна его температуре. Электрический сигнал обеспечивает точное считывание температуры объекта. ИК-сигналы подаются на ИК-датчик через пластиковое окно.

Как правило, пластик не пропускает инфракрасные частоты; датчики используют прозрачную форму для определенных частот. Этот пластиковый материал отфильтровывает ненужные частоты, чтобы защитить электронику внутри ИК-датчика от грязи, пыли и т. д.

Датчик температуры воды

Датчик такого типа позволяет блоку управления распознавать перегрев двигателя или ненормальное повышение температуры. Подключение этого датчика может быть сделано в автомобилях рядом с термостатом в зависимости от производителей.

В некоторых автомобилях есть два типа датчиков температуры; один датчик используется для передачи данных от системы двигателя автомобиля к блоку управления, а другой используется от блока управления к панели управления. Когда температура двигателя автомобиля изменяется, потенциальная неодинаковость выхода устройства также может быть изменена, и это можно рассчитать с помощью блока управления двигателем.

Датчик температуры охлаждающей жидкости

Датчик температуры охлаждающей жидкости или ECTS (датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя) или датчик ECT в основном используются для измерения температуры охлаждающей жидкости в системе охлаждения, которая дает знак того, насколько высока температура двигателя в машина отдает. Датчик температуры охлаждающей жидкости работает через ЭБУ автомобиля, постоянно контролируя, чтобы убедиться, что двигатель автомобиля работает при оптимальной температуре или нет.

Для получения точных показаний температуры автомобиля ЭБУ передает регулируемое напряжение на CTS. Сопротивление датчика температуры охлаждающей жидкости меняется в зависимости от температуры; вот так ЭБУ отслеживает изменение температуры.

ЭБУ использует это значение для расчета температуры охлаждающей жидкости и, исходя из этого, регулирует состав топливной смеси, впрыск топлива, момент зажигания и управляет включением/выключением электрического вентилятора системы охлаждения. Эти данные также можно использовать для передачи точных показаний температуры двигателя на панель управления.

Датчик температуры тела человека

Температура тела человека, как и MAX30205, используется для расчета температуры тела человека. Этот датчик имеет точность до 0,1°C в диапазоне измерений от 37°C до 39°C.°C и разрешение 16 бит. Этот датчик температуры человеческого тела имеет сигнал тревоги перегрева для включения вентилятора через выходной гистерезис операционной системы.

Этот датчик преобразует измерения температуры в цифровую форму с помощью АЦП и сигма-дельта. Датчик температуры MAX30205 имеет три линии выбора адреса, используя 32 доступных адреса. Напряжение питания этого датчика находится в диапазоне от 2,7 В до 3,3 В, а ток питания составляет 600 мкА, а интерфейс с защитой от блокировки, совместимый с I2C, можно использовать в различных приложениях. Эта микросхема может использоваться в корпусе TDFN с 8 выводами и работает в диапазоне температур от 0 NC до -+50 NC.

Перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о датчиках температуры MCQ

Преимущества

К преимуществам датчиков температуры относятся следующие.

• Диапазон температур чрезвычайно широк: от -200°C до +2500°C
• Мостовая схема не требуется
• Время отклика очень быстрое
• Быстро реагирует на изменение температуры
• Они просты в конструкции
• Начальная стоимость меньше
• Сильный
• Термопара измеряет температуру в диапазоне от -200°C до +2500°C
• RTD измеряет температуру в диапазоне от -200°C до +850°C
• Термистор измеряет температуру в диапазоне от -100°C до +260°C
• Датчики IC измеряют температуру в диапазоне от -45°C до 150°C
• Термопара не потребляет дополнительной энергии, они очень просты в конструкции и прочны, имеют меньшую стоимость и т. д.
Термометры сопротивления
• имеют высокую точность, более стабильны, более линейны по сравнению с термопарой
• Термистор работает очень быстро и обеспечивает более высокую выходную мощность.
Датчики
• IC не дорогие, имеют максимальный выход и более линейны по сравнению с другими типами.

Недостатки

К недостаткам датчика температуры относятся следующие.

• Недостатки термопар: наименьшая стабильность, нелинейность, низкое напряжение, требуемое задание, чувствительность и т. д.
• Недостатки RTD: дорогой, абсолютное сопротивление лёссовое, требуемый источник тока не сильный по сравнению с термопарой.
• Недостатки термистора: требуемый источник тока, самонагрев, хрупкость, нелинейность, поддержка ограничена и т. д.
• Недостатки датчика IC: медленная работа, требуется электропитание, самонагрев, ограничения по конфигурациям, температура до 150°C и т. д.

Применения

Применения датчиков температуры включают следующее.

• Применяются в электродвигателях, поверхностных плитах, бытовой технике, компьютерах, оборудовании в промышленности, нагревательных электрических радиаторах, производстве продуктов питания, алкотестере и т. д.
• Некоторые другие области применения датчиков температуры включают транзит, энергетику и коммунальные услуги, HVAC, теплообменники, калибровку и контрольно-измерительные приборы, промышленные процессы, бурение, системы отопления, энергетику, лаборатории и т. д.
• Эти датчики используются для контроля температуры двигателя и управления работой двигателя.
• Температура бурения может контролироваться оператором бурения в рамках применения геотермальной энергии.
• Эти датчики используются для защиты электрических кабелей от возгорания от перегрева
• Пользователь может проверить температуру воды, чтобы можно было управлять водонагревателем для экономии энергии.
• Оператор может контролировать температуру подшипников и моторного масла
• С помощью этого датчика можно контролировать температуру в помещении, управляя системой охлаждения.

Перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о типах резисторов.

Перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о технологии сенсорного экрана MCQ.

Пожалуйста, перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о MCQ для измерения температуры

Таким образом, это обзор датчика температуры и его работы. Датчики температуры в основном применяются в медицинских устройствах, кухонных приборах, автомобилях, компьютерах и других видах оборудования. Вот вопрос к вам, как вы проверяете датчик температуры?

Датчик температуры для цепей управления и компенсации

Для использования датчика температуры в цепи управления или компенсации схема обнаружения должна обеспечивать вывод в пригодном для использования формате. Для аналоговых схем выход обычно представляет собой сопротивление. Для цифрового управления и компенсации измерение необходимо преобразовать в цифровой формат для обработки микроконтроллером. Это обычно достигается путем считывания измерения как напряжения с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП).

Полупроводниковые датчики обычно имеют цифровой интерфейс, что упрощает передачу данных о температуре на микроконтроллер, но не на аналоговую схему. Термопары обеспечивают напряжение, что делает их легко доступными для MCU.

Как термисторы, так и RTD обладают гибкостью, позволяющей легко обеспечивать либо сопротивление, либо напряжение. Это дает инженерам выбор способа подключения детектора к подсистеме управления или компенсации . Поскольку термисторы и термометры сопротивления выдают переменное сопротивление, это упрощает их интеграцию в аналоговую схему управления или компенсацию.

Чтобы использовать термистор NTC в цепи обнаружения, подайте небольшое напряжение на термистор. Сопротивление термистора будет отражать температуру, причем его сопротивление быстро падает при повышении температуры. Например, с PANE103395 от Ametherm, сопротивление термистора составляет 10 кОм при 25 °C и только 125,3 Ом при 80 °C .

Если требуется выходное напряжение, сопротивление можно легко преобразовать в напряжение с помощью трех дополнительных резисторов в конфигурации моста Уитстона (см. рис. 1).

 

Рис. 1. Если требуется выходное напряжение, сопротивление термистора NTC можно легко преобразовать в напряжение, используя всего три дополнительных резистора в конфигурации моста Уитстона.

 

Для нелинейных датчиков (например, термопар и термисторов) выход должен пройти прямую линеаризацию. Это может быть реализовано в простой схеме для аналогового управления и компенсации (см. рис. 2 и 3). Для цифрового управления и компенсации измеренная температура может быть скорректирована ЦП с помощью простого просмотра таблицы, которая отражает диаграмму сопротивления/температуры, включенную в спецификацию датчика.

 

Рис. 2. Нелинейные датчики (например, термопары и термисторы) требуют линеаризации. Это может быть реализовано для цифровой системы с использованием MCU с поиском по таблице или для аналоговых цепей управления и компенсации с помощью простой схемы, как показано.

 

У инженеров есть много вариантов при проектировании схемы измерения температуры для предотвращения перегрева или реализации контроля температуры и/или функции компенсации.