Аналоговые датчики температуры двигателя

Как работает цифровой датчик температуры?

Датчики температуры в настоящее время используются повсеместно. Это и системы отопления и климат-контроля. Холодильники, чайники, компьютеры – везде используются различные виды датчиков температур. Это всё только в бытовом применении. В промышленном использовании их сфера применения куда шире.

  • Методы измерений температур
  • Цифровые технологии измерений
  • Основные модели
  • Гигрометры
  • Области применения цифровых датчиков

Методы измерений температур

Физические тела благодаря своим свойствам зависят от температуры, и если знать, как влияет температура на тот или иной материал. Выбор метода и материала для измерений определяется диапазоном измеряемых температур, требований к условиям работы, чувствительности и точности измерения.

Существует два варианта измерений: контактные и бесконтактные.

Бесконтактные – осуществляют измерения на основе теплового излучения тел. Такой метод позволяет проводить измерения, находясь на удалении. Помимо этого они применяются для измерения высочайших температур, при которых контактные датчики работать не смогут. Однако к проблемам таких измерителей относят низкую точность измерения низких температур. Нередко и вовсе становиться невозможно, измерить такие температуры.

Контактные – проводят измерения, основываясь на принципе теплового равновесия между измеряемым объектом и чувствительным элементом измерительного прибора. К таким относятся термопары, терморезисторы и др.

Термопары обладают очень высоким диапазоном измеряемой температуры, практически от самого абсолютного нуля до показателей достигающих отметки в три тысячи градусов Цельсия. Однако в виду особого свойства работы термопары (она измеряет разницу между двумя спаями) для измерения второго спая придется придумать иной способ замера.

Проблемы с точностью измерений термопары создает и используемые материал, наличие в нем примесей и способ обработки. Всё это может влиять на термоэдс прибора в целом.

Терморезисторы использует проволочный и полупроводниковый метод измерения. В зависимости от изменения сопротивления металла во время нахождения в определенной температурной среде. Иными словами от изменений температуры окружающей среды, изменяется число сопротивляемости измерительного элемента.

К минусам терморезисторов относят не очень высокую точность и подверженность к износу измерительного материала вызывающее еще большее падение точности со временем.

Существуют датчики в виде микросхем. Они имеют встроенной к чувствительному элементу структурой формирования исходящего сигнала. Такие датчики бывают аналоговые и цифровые. Подключение таких аппаратов к микроконтроллерам является очень простым. Аналоговые подключаются к ADC, а цифровые с любой популярный интерфейс (чаще IC).

Подобные устройства обладают неплохой точностью и малой ценой. Их использование удобно в большинстве случаев и имеет свою нишу, где используют только их. Однако есть и недостатки такие как – зависимость от питания, большое количество выводов требует большого количества проводников. Питающий их ток снижает точность измерений. Область температур сильно ограничена вышеназванными условиями, и рассчитана на температуры не ниже -55 и не выше 125 градусов Цельсия.

Цифровые технологии измерений

Цифровые датчики являются на текущий момент самым оптимальным решением для работы с микроконтроллерами, если нет каких-то специфических условий. В отличии от аналоговых, цифровые могут работать в длинной проводной линии и их сигнал более устойчив к помехам.

Рабочий интерфейс позволяет подключать одновременно несколько цифровых датчиков на линию, осуществляя покрытие большой территории датчиками, и считывая градиент изменения температур на площади. Цифровые измерители способны работать даже с самыми примитивными интерфейсами.

Аналого-цифровые измерители могут иметь достаточно долгое время преобразования сигнала от измерительного элемента в цифру (до 1 секунды в высоком разрешении), но точность при этом остается весьма высокой (погрешность около +- 0.5 градусов Цельсия при измерении в районе комнатных температур).

В заключении следует перечислить все преимущества цифры:

  • отличные показатели точности;
  • высокая повторяемость характеристик;
  • линейность;
  • устойчивость перед лицом внешних помех;
  • низкая цена;
  • подключение нескольких измерителей к одной рабочей шине;
  • проста в эксплуатации.

Основные модели

  1. DS18B20.

Бюджетная модель, обладающая хорошей точностью. Для подключения использует 1-Wire, что позволяет подключать измерители по трехпроводной линии.

Имеет фиксированное время преобразования. Обладает возможностью подключать до 8 устройств на шину. Обладает точностью до 0.125 градуса Цельсия.

Также как и LM75A имеет возможность подключить до 8 устройств, при этом обладает большей скоростью работы, чем DS18B20, таким образом, собирая всё лучшее от всех моделей.

Гигрометры

Цифровой датчик температуры – это далеко не весь потенциал цифры. В таком датчике также может быть совмещен и измеритель влажности воздуха. А благодаря возможности программировать цифровое устройство, аппарат становиться и своего рода реле для климатических установок и вентиляций.

Требования к гигрометру всегда одни: точность, чувствительность, легкий монтаж и заменимость. Второстепенным, но немаловажным будет стоимость гигрометра, на которую также обращает внимание среднестатистический покупатель.

Они представлены в виде конденсатора с воздушным зазором. Когда изменяется число водяного пара, изменяется и емкость конденсатора. Прибор достаточно точен для измерения влажности в бытовых условиях, хотя и не удовлетворит специфических требований по особо точным измерениям низкой влажности. Среднее отклонение у таких устройств 2% при разбросе измеряемой влажности в 5-95%.

Принцип работы основан на измерении влажности гигроскопической среды. В датчике находится подложка, на которую при помощи фоторезистора наложили пару электродов и накрыли проводящим полимером.

Срабатывает система каждые 10-30 секунд. Устройство не требовательно к настройке и легко заменяется. Исправная работа устройства обеспечивается до 5 лет при условии отсутствия в воздухе высокого содержания вредных химических примесей.

  • Теплопроводящие.

Такие чаще всего используются в бытовых приборах. Суть их работы в связанных между собой в одном мосту нескольких термисторов. Один из термисторов изолирован, в то время как другой открыт, разнится между ними и преобразуется в необходимый результат.

Цифровой измеритель в отличии от аналогов собрать самостоятельно намного сложнее, он требует настройки от специалиста. Его преимуществом является выносной дисплей с элементами программирования датчика. Такими как установка таймеров измерения, срабатывание на движение (при оборудовании его еще и датчиком движения), и в целом цифровой датчик является своего рода конструктором который можно собрать в нечто намного большее, чем просто гигрометр. Или же расширять его возможности постепенно по мере необходимости. Из минусов помимо проблем с первоначальной настройкой – отсутствие вентиляции при выключенном электричестве.

Области применения цифровых датчиков

Как уже стало ясно, цифровые измерители сейчас набирают всё большую популярность и используются практически во всех сферах, как более простые, дешевые и гибкие датчики. Устройства на основе цифры чаще всего используют в овощехранилищах и подвалах. Благодаря их тесной работе с программатором ими легко управлять. Настраивать необходимую температуру и поддерживать ее при помощи функций реле, которые также может обеспечивать датчик при дополнительных настройках.

Датчики температуры Arduino

В этой статье мы рассмотрим популярные датчики температуры для Arduino ds18b20, dht11, dht22, lm35, tmp36. Как правило, именно эти датчики становятся основой для инженерных проектов начального уровня для Arduino. Мы рассмотрим также основные способы измерения температуры, классификацию датчиков температуры и приведем сравнение различных датчиков в одной таблице.

Описание датчиков температуры

Температурные датчики предназначены для измерения температуры объекта или вещества с помощью свойств и характеристик измеряемой среды. Все датчики работают по-разному. По принципу измерения эти устройства можно разделить на несколько групп:

  • Термопары;
  • Термисторы;
  • Пьезоэлектрические датчики;
  • Полупроводниковые датчики;
  • Цифровые датчики;
  • Аналоговые датчики.
Читать еще:  N55 bmw двигатель характеристики

По области применения можно выделить датчики температуры воздуха, жидкости и другие. Они могут быть как наружные, так и внутренние.

Любой температурный датчик можно описать набором характеристик и параметров, которые позволяют сравнивать их между собой и выбирать подходящий под конкретную задачу вариант. Основными характеристиками являются:

  • Функция преобразования, т.е. зависимость выходной величины от измеряемого значения. Для датчиков температуры этот параметр измеряется в Ом/С или мВ/К.
  • Диапазон измеряемых температур.
  • Метрологические параметры – к ним относятся различные виды погрешностей.
  • Срок службы.
  • Время отклика.
  • Надежность – рассматриваются механическая устойчивость и метрологическая стойкость.
  • Эксплуатационные параметры – габариты, масса, потребляемая мощность, стойкость к агрессивному воздействию среды, стойкость к перегрузкам и другие.
  • Линейность выходных значений.

Датчики температуры по типу

  1. Термопары. Принцип действия термопар основывается на термоэлектрическом эффекте. Представляет собой замкнутый контур из двух проводников или полупроводников. В контуре возникает электрический ток, когда на месте спаев появляется разность температур. Чтобы измерить температуру, один конец термопары помещается в среду для измерения, а второй требуется для снятия значений. На спаях возникают термоЭДС E(t2) и E(t1), которые и определяются температурами t2 и t Результирующая термоЭДС в контуре будет равна разности термоЭДС на концах спаев E(t2)- E(t1). Термопары чаще всего выполняются из платины, хромеля, алюмеля и платинородия. Наибольшее распространение в России получили пары металлов ХА(хромель-алюмель), ТКХ(хромель – копель) и ТПП (платинородий-платина). Большим недостатком таких приборов является большая погрешность измерений. Из преимуществ можно выделить возможность измерения высоких температур – до 1300С.
  2. Терморезистивные датчики. Изготавливаются из материалов, обладающих высоким коэффициентом температурного сопротивления (ТКС). Принцип работы заключается в изменении сопротивления проводника в зависимости от его температуры. Такие приборы обладают высокой точностью, чувствительностью и линейностью измеренных значений. Основными характеристиками устройства являются номинальное электрическое сопротивление при температуре 25 С и ТКС. Терморезистивные датчики различаются по температурному коэффициенту сопротивления – бывают термисторы с отрицательным (NTC) и положительным (PTC, позисторы) ТКС. Для первых с ростом температуры уменьшается сопротивление, для позисторов – увеличивается. Терморезистивные датчики чаще всего применяются в электронике и машиностроении.
  3. Пьезоэлектрический датчик. Такое устройство работает на пьезоэффекте. Под воздействием электрического тока происходит изменение линейных размеров -прямой пьезоэффект. Когда подается разнофазный ток с определенной частотой, происходит колебание пьезорезонатора. Частота определяется температурой. Зная полученную зависимость, можно определить необходимые данные о частоте и температуре. Диапазон измерения температуры широк, устройство обладает высокой точностью. Датчики чаще всего используются в научных опытах, которые требуют высокой надежности результатов.
  4. Полупроводниковый датчик. Измеряют в диапазоне от -55С до 150С. Принцип работы основан на зависимости изменения напряжения на p-n-переходе от температуры. Так как эта зависимость практически линейна, есть возможность создать датчик без сложной схемы. Но для таких приборов схема содержит одиночный p-n-переход, поэтому датчик отличается большим разбросом параметров и невысокой точностью. Исправить эти недостатки получилось в аналоговых полупроводниковых датчиках.
  5. Аналоговый датчик. Приборы стоят дешево и обладают высокой точностью измерения, что позволяет их применять в микроэлектронике. В схеме содержатся 2 чувствительных элемента (транзистора), обладающих различными характеристиками. Выходной сигнал – это разность между падениями напряжений на транзисторах. При помощи калибровки датчика внешними цепями можно увеличить точность измерения, которая находится в диапазоне от +-1С до +-3С. Датчики обладают тремя выходами, один из них используется для калибровки.
  6. Цифровой датчик. В отличие от аналогового датчика цифровой содержит дополнительные элементы – встроенный АЦП и формирователь сигнала. Подключаются по интерфейсам SPI, I2C, 1-Wire, что позволяет подключать сразу несколько датчиков к одной шине. Подобные устройства стоят немного дороже аналоговых, но при этом они значительно упрощают схемотехнику устройства.
  7. Существуют и другие датчики температуры. Например, для автоматических систем могут применяться сигнализаторы, также существуют пирометры, измеряющие энергию тела, которую оно излучает в окружающую среду. В медицине нередко используются акустические датчики – их принцип работы заключается в разности скорости звука при различных температурах. Эти датчики удобно применять в закрытых полостях и в недоступных средах. Похожие датчики – шумовые, они работают на зависимости шумовой разности потенциалов на резисторе от температуры.

Выбор датчика в первую очередь определяется температурным диапазоном измерения. Важно учитывать и точность измерения – для обучения вполне сойдет датчик с малой точностью, а для научных работ и опытов требуется высокая надежность измерения.

Датчики температуры для работы с Ардуино

При работе с микроконтроллером Ардуино наиболее часто используются следующие датчики температуры: DS18B20, DHT11, DHT22, LM35, TMP36.

Датчик температуры DS18B20

DS18B20 – цифровой 12-разрядный температурный датчик. Устройство доступно в 3 вариантах корпусов – 8-Pin SO (150 mils), 8-Pin µSOP, и 3-Pin TO-92, чаще всего используется именно последний. Он же изготавливается во влагозащитном корпусе с тремя выходами. Датчик прост и удобен в использовании, к плате Ардуино можно подключать сразу несколько таких приборов. А так как каждое устройство обладает своим уникальным серийным номером, они не перепутаются в результате измерения. Важной особенностью датчика является возможность сохранять данные при выключении прибора. Также DS18B20 может работать в режиме паразитного питания, то есть без внешнего питания через подтягивающий резистор. Подробная статья о ds18b20.

Датчики температуры DHT

DHT11 и DHT22 – две версии датчика DHT, обладающие одинаковой распиновкой. Разливаются по своим характеристикам. Для DHT11 характерно определение температуры в диапазоне от 0С до 50С, определение влажности в диапазоне 20-80% и частота измерений 1 раз в секунду. Датчик DHT22 обладает лучшими характеристиками, он определяет влажность 0-100%, температурный диапазон увеличен – от -40С до 125С, частота опроса 1 раз за 2 секунды. Соответственно, стоимость второго датчика дороже. Оба устройства состоят из 2 основных частей – это термистор и датчик влажности. Приборы имеют 4 выхода – питание, вывод сигнала, земля и один из каналов не используется. Датчик DHT11 обычно используется в учебных целях, так как он показывает невысокую точность измерений, но при этом он очень прост в использовании. Другие технические характеристики устройства: напряжение питания от 3В до 5В, наибольший ток 2,5мА. Для подключения к ардуино между выводами питания и выводами данных нужно установить резистор. Можно купить готовый модуль DHT11 или 22 с установленными резисторами.

Датчик температуры LM35

LM35 – интегральный температурный датчик. Обладает большим диапазоном температур (от -55С до 150С), высокой точностью (+-0,25С) и калиброванным выходом. Выводов всего 3 – земля, питание и выходной мигнал. Датчик стоит дешево, его удобно подключать к цепи, так как он откалиброван уже на этапе изготовления, обладает низким сопротивлением и линейной зависимостью выходного напряжения. Важным преимуществом датчика является его калибровка по шкале Цельсия. Особенности датчика: низкая стоимость, гарантированная точность 0,5С, широкий диапазон напряжений (от 4 до 30В) ток менее 60мА, малый уровень собственного разогрева (до 0,1С), выходное сопротивление 0,1 Ом при токе 1мА. Из недостатков можно выделить ухудшение параметров при удалении на значительное расстояние. В этом случае источниками помех могут стать радиопередатчики, реле, переключатели и другие устройства. Также существует проблема, когда температура измеряемой поверхности и температура окружающей среды сильно различаются. В этом случае датчик показывает среднее значение между двумя температурами. Чтобы избавиться от этой проблемы, можно покрыть поверхность, к которой подключается термодатчик, компаундом.

Читать еще:  Как вредит двигателю плохой бензин

Схема подключения к микроконтроллеру Ардуино достаточно проста. Желательно датчик прижимать к контролируемой поверхности, чтобы увеличить точность измерения.

  • Использование в схемах с развязкой по емкостной нагрузке.
  • В схемах с RC цепочкой.
  • Использование в качестве удаленного датчика температуры.
  • Термометр со шкалой по Цельсию.
  • Термометр со шкалой по Фаренгейту.
  • Измеритель температуры с преобразованием напряжение-частота.
  • Создание термостата.

TMP36 – аналоговый термодатчик

Датчик температуры Использует технологии твердотельной электроники для определения температуры. Устройства обладают высокой точностью, малым износом, не требуют дополнительной калибровки, просты в использовании и стоят недорого. Измеряет температуру в диапазоне от -40С до 150С. Параметры схожи с датчиком LM35, но TMP36 имеет больший диапазон чувствительности и не выдает отрицательное значение напряжения, если температура ниже нуля. Напряжение питания от 2,7В до 5,5В. Ток – 0.05мА. При использовании нескольких датчиков может возникнуть проблема, при которой полученные данные будут противоречивы. Причиной этого являются помехи от других термодатчиков. Чтобы исправить эту неполадку нужно увеличить задержку между записью измерений. Низкое выходное сопротивление и линейность результатов позволяют подключать датчик напрямую к схеме контроля температуры. TMP36 также, как и LM34 обладает малым нагревом прибора в нормальных условиях.

Ардуино: датчик температуры LM35

Еще один полезный прибор, который часто используется в современных устройствах — это датчик температуры. Даже в вашем компьютере есть сразу несколько датчиков температуры, с помощью которых система следит за перегревом ключевых компонентов — процессора, видеокарты, блока питания, и прочих узлов. Самый же популярный пример использования датчика температуры дома — термостат. Это устройство, которое постоянно следит за температурой воздуха, и регулирует подачу энергии в систему отопления. Смежный пример — котел для нагрева воды.

В нашем уроке мы используем датчик TMP35. Вместо него можно использовать любой другой похожий датчик: TMP35, TMP37, LM35, LM335 и подобные. Выглядит датчик как обычный транзистор:

Можно легко спутать, так что рекомендую всегда внимательно читать маркировку на таких устройствах (да и вообще сначала всегда читайте, потом подключайте :). Конкретно этот датчик имеет следующие характеристики:

  • напряжение питания: от 2,7 до 5,5 В;
  • погрешность: 2 градуса;
  • измеряемая температура: от 10°C до 125°C
  • потребляемый ток: 50 мкА.

Подключение

Датчик TMP35 имеет три вывода (три ноги). Если посмотреть на датчик со стороны этих выводов и срезом вверх, как показано на рисунке,

то слева будет — положительный контакт питания (+2.7 — 5.5В),
по центру — выход на контроллер,
и справа — отрицательный контакт питания (земля).

Датчик аналоговый, а значит на его выходе мы имеем не 0 или 1, а напряжение в диапазоне от 0 до 5 вольт. Следовательно, мы должны вспомнить раздел про аналого-цифровое преобразование (АЦП) сигналов в Arduino. Держа в уме, что у Ардуино Уно есть шесть аналоговых входов (A0-A5), подключаем наш датчик по следующей схеме:

Внешний вид макета

Принципиальная схема

Вот так должна выглядеть собранная схема.

Программа

Подключив датчик температуры к Ардуино, начинаем писать программу. Первое что мы сделаем, это выведем необработанный сигнал с аналогового входа в последовательный порт, для того чтобы просто понять, как меняется значение на входе A0. Нам понадобится простая программа:

Внимание, математика! В программе можно заметить выражение:

Оно необходимо для того, чтобы преобразовать аналоговый сигнал датчика в градусы Цельсия. Дело тут вот в чем. Все аналоговые датчики имеют важную характеристику — отношение количества вольт к единице измеряемой величины. Например, в спецификации к нашему датчику tmp35 написано, что каждый градус измеряемой температуры, соответствует 10 милливольтам напряжения на выходе. Исходя из этих рассуждений, прочитанное с помощью analogRead значение мы сначала преобразуем к количеству Вольт:

Такая процедура называется нормировкой. Здесь 1023 — максимальное значение, которое может вернуть нам 10-битный АЦП, встроенный в Ардуино Уно.
5 — рабочее напряжение АЦП.

Затем преобразуем эти вольты в градусы Цельсия:

Превращаем вольты в милливольты (*1000), и делим на 10 ( то самое число из спецификации! ).

В общем, даже если ничего не понятно, загружаем программу на Ардуино и наблюдаем за температурой окружающего воздуха. Например, у нас в лаборатории датчик оценил температуру следующим образом:

Вполне себе правдивое значение. А теперь поднесем прибор к открытому окну (на улице зима -10°C):

Работает! Датчик незамедлительно регистрирует снижение температуры.

Делаем термостат

Теперь добавим в программу некое действие, которое будет совершаться если температура упадет ниже заданного нами порога. Пусть этот порог будет равен 15°C. Самое простое, что мы можем сделать — это зажигать на Ардуино штатный светодиод #13. Получается такая вот программа:

Кто-то забыл закрыть окно — температура резко опустилась ниже 15 — светодиод зажигается. Закрываем окно, активно дышим — светодиод гаснет. А теперь представьте, что вы зажигаете не светодиод, а подаете сигнал на реле, которое включает обогреватель в комнате. Получается готовый термостат!

Немного изменив программу можно отслеживать не понижение, а превышение заданного уровня. Например, удобно будет следить за температурой внутри, скажем, серверной, и при увеличении температуры до 40 градусов, включать вытяжку!

К размышлению

В современных устройствах всё чаще применяют цифровые датчики температуры, например, известный в среде DIY датчик DS18B20. Он легко подключается к Ардуино с помощью только одного сигнального провода — one wire. Модуль с таким датчиком есть и у RobotClass:

О том как его подключать и использовать в своих проектах узнаем на уроке про DS18B20.

Датчики температуры. Типы, устройство, принцип работы. Схемы подключения

Контроль температуры повсеместно задействуется в технологических процессах, позволяя выбирать подходящий режим работы или отслеживать изменения состояния материала. Температурный режим одинаково важен как при включении духовки на кухне, так и в доменных печах при плавлении стали, а отклонение от нормальной работы может привести к аварии и травмированию людей. Чтобы избежать неприятных последствий и обеспечить возможность регулирования степени нагрева используется датчик температуры.

Разновидности, устройство и принцип работы

В ходе развития и совершенствования технологий датчик температуры, как измерительное приспособление, претерпел множественные изменения и модернизации. Благодаря чему сегодня они представлены в большом разнообразии, которые можно разделить по нескольким критериям. Так, в зависимости от способа передачи и отображения данных об измерениях температуры они подразделяются на цифровые и аналоговые. Цифровые устройства являются более современным решением, так как информация в них отображается на дисплее и передается по электронным каналам коммуникации, аналоговые имеют циферблатное отображение данных, электрический или механический способ передачи измерений.

В зависимости от принципа действия все датчики можно подразделить на:

  • термоэлектрические;
  • полупроводниковые;
  • пирометрические;
  • терморезистивные;
  • акустические;
  • пьезоэлектрические.
Читать еще:  Глохнет двигатель на холостом ходу ниссан примера р12

Термоэлектрические

В основе работы термоэлектрического датчика лежит принцип термопары (см. рисунок 1) – у всех металлов существует определенная валентность (количество свободных электронов на внешних атомарных орбитах, не задействованных в жестких связях). При воздействии внешних факторов, сообщающих свободным электронам дополнительную энергию, они могут покинуть атом, создавая движение заряженных частиц. В случае совмещения двух металлов с различным потенциалом выхода электронов и последующим нагреванием места соединения возникнет разность потенциалов, получившая название эффекта Зеебека.

Рис. 1. Устройство термопары

На практике применяется несколько разновидностей термоэлектрических датчиков температуры, так, согласно п.1.1 ГОСТ Р 50342-92 они подразделяются на:

  • вольфрамрений-вольфрамрениевые (ТВР) – применяется в средах с большой рабочей температурой порядка 2000°С;
  • платинородий-платинородиевые (ТПР) – отличаются высокой себестоимостью и высокой точностью измерений, применяются я в лабораторных измерениях;
  • платинородий-платиновые (ТПП) – оснащаются защитной трубкой из металла и керамической изоляцией, обладают высоким температурным пределом;
  • хромель-алюмелевые (ТХА) — широко применяются в промышленности, способны охватывать диапазон температуры до 1200°С, используются в кислых средах;
  • хромель-копелевые (ТХК) – характеризуются средним температурным показателем, монтируются только в неагрессивных средах;
  • хромель-константановые (ТХК) — актуальны для газовых смесей и разжиженных аэрозолей нейтрального или слабокислого состава;
  • никросил-нисиловые (ТНН) – применяются для устройств среднего температурного диапазона, но обладают длительным сроком эксплуатации;
  • медь-константановые (ТМК) – характеризуется наименьшим пределом измерений до 400°С, но отличается устойчивостью к влаге и некоторым категориям агрессивных сред;
  • железо-константановые (ТЖК) – применяются в среде с разжиженной атмосферой или вакуумного пространства.

Такое разнообразие температурных датчиков на основе термопары позволяет охватывать любые сферы человеческой деятельности.

Полупроводниковые

Изготавливаются на основе кристаллов с заданной вольтамперной характеристикой. Такие датчики температуры работают в режиме полупроводникового ключа, аналогично классическому биполярному транзистору, где степень нагревания сравнима с подачей потенциала на базу. При повышении температуры полупроводниковый датчик начнет выдавать большее значение тока. Как правило, самостоятельно полупроводник не используется для измерения нагрева, а подключается через цепь усилителя (см. рисунок 2).

Рис. 2. Подключение полупроводникового датчика через усилитель

Отличаются широким диапазоном производимых измерений и возможностью подстройки датчика в соответствии с рабочими параметрами оборудования. Являются высокоточным типом, мало зависящим от продолжительности эксплуатации. Обладают небольшими габаритами, за счет чего легко устанавливаются в схемах, радиоэлементах и т.д.

Пирометрические

Работают за счет специальных датчиков – пирометров, которые позволяют улавливать малейшие температурные колебания рабочей поверхности любого предмета. Непосредственно сам чувствительный элемент представляет собой матрицу, реагирующую на определенную частоту температурного диапазона. Этот принцип положен в основу измерений бесконтактным термометром, который получил широкое распространение в период борьбы с коронавирусом. Помимо этого их применение активно используется для тепловизионного контроля конструктивных элементов, оборудования, зданий и сооружений.

Рис. 3. Принцип действия пирометрического датчика

Терморезистивные

Такие датчики температуры выполняются на основе терморезисторов – устройств с определенной зависимостью сопротивления от степени нагрева основного материала. С повышением температуры, изменяется и проводимость резистора, благодаря чему вы можете следить за состоянием нужного объекта.

Основным недостатком терморезистивного датчика является малый диапазон измеряемой температуры, но он способен обеспечивать хороший шаг измерений и высокую точность в десятых и сотых долях градусов Цельсия. Из-за чего их нередко включают в цепь с применением усилителя, расширяющего рабочие пределы.

Акустические

Акустические датчики температуры функционируют по принципу определения скорости прохождения звуковых колебаний в зависимости от температуры материала или поверхности . Непосредственно сам сенсор производит сравнение скорости звука, генерируемого источником, которая будет отличаться, в зависимости от степени нагрева (см. рисунок 4). Такой тип является бесконтактным и позволяет производить замеры в труднодоступных местах или на объектах повышенной опасности.

Рис. 4. Звуковой датчик температуры

Пьезоэлектрические

Работа датчика основана на эффекте распространения колебаний кварцевого кристалла при прохождении электрического тока. Но, в зависимости от температуры окружающей среды, будет меняться и частота колебаний кристалла. Принцип фиксации температурных изменений заключается в измерении частоты колебаний и последующем сравнении с установленной градуировкой номиналов для разных температур.

Схемы подключения

Основные отличия в подключении датчика температур обуславливаются сферой его применения и конструктивными особенностями. Так, в рамках статьи, мы рассмотрим несколько наиболее распространенных и интересных вариантов. Таковыми является подключение с помощью двухпроводной и трехпроводной схемы.

Рис. 5. Двухпроводная схема подключения

На рисунке 5 приведен вариант двухпроводного присоединения измерительного устройства. Этот принцип рекомендуется для всех датчиков температуры с небольшим расстоянием до контролируемого объекта. Так как сопротивление самого чувствительного элемента Rt мало измениться от сопротивления соединительных проводников R1 и R2, соответственно, поправка на измерения будет минимальной.

Рис. 6. Трехпроводная схема подключения

При больших расстояниях, от 150 м и более, подключение датчика следует выполнять по трехпроводной схеме, в которой существенно снижается погрешность на сопротивление в проводах R1, R2, R3.

Рис. 7. Схема подключения датчика температуры двигателя

Практически в каждом современном авто осуществляется постоянный контроль температурных параметров мотора. Поэтому использование датчика является обязательным требованием безопасности. Согласно двухпроводной схемы (рисунок 7) датчик подключается одним выводом на отдельно стоящий концевик капота, который не имеет каких-либо подключений к цепи. А второй вывод, подсоединяется к блоку сигнализации установленным порядком, в соответствии с моделью.

Рис. 8. Схема подключения цифрового датчика температуры

На рисунке 8 приведен пример включения цифрового датчика Dallas. Это модель с тремя выводами, первый из которых, согласно распиновки GND подключается к заземляющему выводу микроконтроллера, второй DATA к выводу PIN 2, а третий к клемме питания +5 В. Между третей и второй ножкой включается резистор на 4,7кОм.

Примение

Сфера применения датчиков температуры охватывает как бытовые приборы, так и оборудование общепромышленного назначения, сельскохозяйственную отрасль, военную промышленность, аэрокосмический сектор. Каждый из вас может встретить их у себя дома в нагревательных приборах – бойлерах, духовках, мультиварках или хлебопечках.

В тяжелой промышленности тепловые сенсоры позволяют контролировать степень нагрева печей, воздуха в рабочей области, состояние трущихся поверхностей. В медицине их используют для контроля температуры в труднодоступных местах или для упрощения различных процедур.

Многие автолюбители часто сталкиваются с анализаторами температуры, контролирующими состояние масла или другой охлаждающей жидкости. На сети железных дорог они позволяют отслеживать нагрев букс и колесных пар. В энергетике с их помощью обследуются контактные соединения и качество прилегания поверхностей.

Как подобрать?

При выборе датчика температуры необходимо руководствоваться такими критериями:

  • если датчик будет соприкасаться или располагаться внутри измеряемой среды, то берется контактная модель, если находиться вне объекта, то бесконтактная;
  • условия и состояние среды, в которой он будет функционировать (влажность, агрессивные вещества и т.д.) должны соответствовать возможностям датчика;
  • шаг и градуировка измерений должны обеспечивать удобную эксплуатацию и датчика, и оборудования;
  • если датчик подлежит замене в ходе эксплуатации, то устанавливаются сменные варианты;
  • при выборе датчика температуры для замены неисправного, лучше воспользоваться его VIN кодом;
  • предел рабочих температур должен охватывать все возможные значения нагрева, некоторые из них приведены в таблице ниже.

Таблица: температурные пределы датчиков термоэлектрического типа

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector