Τι είναι ένας αισθητήρας θερμοκρασίας?

Ένας αισθητήρας θερμοκρασίας είναι μια συσκευή που μετρά πόσο ζεστό ή κρύο είναι ένα αντικείμενο, Παροχή μέτρησης θερμοκρασίας μέσω ηλεκτρικού σήματος σε μια αναγνώσιμη μορφή. Οι πιο συνηθισμένες είναι θερμοστοιχείες και ανιχνευτές θερμοκρασίας θερμικής αντίστασης.

Αισθητήρες θερμοκρασίας νερού

Αισθητήρας θερμοκρασίας της Κίνας

Τύποι αισθητήρων θερμοκρασίας για κέντρα δεδομένων

Υπάρχουν τέσσερις κύριοι αισθητήρες θερμοκρασίας που χρησιμοποιούνται σήμερα στα σύγχρονα ηλεκτρονικά: Αρνητικός συντελεστής θερμοκρασίας (NTC) θερμίστορ, ανιχνευτές θερμοκρασίας αντίστασης (ΕΤΑ), θερμοστοιχεία, και ολοκληρωμένο με ημιαγωγό (Ριζικό) αισθητήρες.
Ένας αισθητήρας θερμοκρασίας είναι μια συσκευή, τυπικά, Ανιχνευτής θερμοκρασίας θερμοστοιχείου ή αντίστασης, που παρέχει μέτρηση θερμοκρασίας σε μια αναγνώσιμη μορφή μέσω ηλεκτρικού σήματος.
Ένα θερμόμετρο είναι η πιο βασική μορφή ενός μετρητή θερμοκρασίας που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση του βαθμού θερμότητας και δροσιάς.

Οι μετρητές θερμοκρασίας χρησιμοποιούνται στο γεωτεχνικό πεδίο για την παρακολούθηση του σκυροδέματος, δομές, έδαφος, νερό, γέφυρες, και τα λοιπά. για διαρθρωτικές αλλαγές λόγω εποχιακών παραλλαγών.
Ένα θερμοστοιχείο (T/c) είναι κατασκευασμένο από δύο διαφορετικά μέταλλα που παράγουν ηλεκτρική τάση σε άμεση αναλογία με τη μεταβολή της θερμοκρασίας. Μια ΕΤΑ (Ανιχνευτής θερμοκρασίας αντίστασης) είναι μια μεταβλητή αντίσταση που αλλάζει την ηλεκτρική της αντίσταση σε άμεση αναλογία με την αλλαγή της θερμοκρασίας σε μια ακριβή, επαναληπτός, Και σχεδόν γραμμικός τρόπος.

Στην καθημερινή μας ζωή, Πρέπει συχνά να βλέπουμε θερμόμετρα, θερμοσίφωνες, φούρνοι μικροκυμάτων, ψυγεία, και τα λοιπά. Αυτά θα εφαρμοστούν σε μια σημαντική συσκευή - τον αισθητήρα θερμοκρασίας. Αυτό το άρθρο θα σας εισαγάγει αισθητήρες θερμοκρασίας, αρχές αισθητήρα θερμοκρασίας, και τύπους αισθητήρων θερμοκρασίας.

Τύπος αισθητήρα θερμοκρασίας:
Σε πρακτικές εφαρμογές, Υπάρχουν πολλοί αισθητήρες θερμοκρασίας, με διαφορετικά χαρακτηριστικά σύμφωνα με την πραγματική εφαρμογή. Οι αισθητήρες θερμοκρασίας αποτελούνται από δύο βασικούς φυσικούς τύπους:
1. Τύπος αισθητήρα θερμοκρασίας επαφής
Αυτοί οι τύποι αισθητήρων θερμοκρασίας απαιτούν φυσική επαφή με το αντικείμενο που ανιχνεύεται και χρησιμοποιεί αγωγιμότητα για την παρακολούθηση των αλλαγών θερμοκρασίας. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση στερεών, υγρά ή αέρια σε ευρύ φάσμα θερμοκρασίας.

2. Τύπος αισθητήρα θερμοκρασίας μη επαφής
Αυτοί οι τύποι αισθητήρων θερμοκρασίας χρησιμοποιούν τη μεταφορά και την ακτινοβολία για την παρακολούθηση των αλλαγών θερμοκρασίας. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση υγρών και αερίων που εκπέμπουν ακτινοβολούμενη ενέργεια καθώς αυξάνεται η θερμότητα και το κρύο εγκαθίσταται στο κάτω μέρος σε ρεύματα μεταφοράς, ή να ανιχνεύσει ακτινοβολία ενέργειας που μεταδίδεται από αντικείμενα με τη μορφή υπέρυθρης ακτινοβολίας (ήλιος).
Οι αισθητήρες θερμοκρασίας επαφής και μη επαφής ταξινομούνται περαιτέρω στους ακόλουθους αισθητήρες θερμοκρασίας.

Η αρχή του αισθητήρα θερμοκρασίας:
1. Θερμοστάτης
Ένας θερμοστάτης είναι ένας αισθητήρας θερμοκρασίας επαφής που αποτελείται από μια διμεταλλική λωρίδα από δύο διαφορετικά μέταλλα, όπως αλουμίνιο, χαλκός, νικέλιο, ή βολφράμιο.

Η διαφορά στους συντελεστές γραμμικής επέκτασης των δύο μετάλλων τους αναγκάζει να υποβληθούν σε μηχανικές κινήσεις κάμψης όταν θερμαίνονται.

Πραγματική εικόνα του θερμοστάτη

2. Διμερείς θερμοστάτης
Ένας θερμοστάτης αποτελείται από δύο μέταλλα με διαφορετικά επίπεδα θερμότητας κολλημένα μαζί πίσω στην πλάτη. Όταν ο καιρός είναι κρύος, Οι επαφές κλείνουν και το ρεύμα ρέει μέσω του θερμοστάτη. Καθώς θερμαίνεται, ένα μέταλλο επεκτείνεται περισσότερο από το άλλο, και οι δεσμευμένες λωρίδες διμερών λυγίζουν προς τα πάνω (ή προς τα κάτω), Άνοιγμα των επαφών και πρόληψη της ροής ηλεκτρικής ενέργειας.

Φυσική εικόνα του διμερούς θερμοστάτη

Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι διμερών λωρίδων, βασίζεται κυρίως στην κίνησή τους όταν υποβλήθηκε σε αλλαγές θερμοκρασίας. Υπάρχουν τύποι "snap-action" που παράγουν στιγμιαία δράση τύπου "on/off" ή "off/on" στις ηλεκτρικές επαφές σε ένα καθορισμένο σημείο θερμοκρασίας, και πιο αργούς τύπους "ερπυσμού" που αλλάζουν σταδιακά τη θέση τους καθώς αλλάζει η θερμοκρασία .
Διάγραμμα αρχής λειτουργίας του θερμοστάτη

Οι θερμοστάτες που σχετίζονται με τη δράση χρησιμοποιούνται συνήθως στα σπίτια μας για τον έλεγχο των σημείων ρύθμισης θερμοκρασίας των φούρνων, σίδερο, δεξαμενές ζεστού νερού βύθισης, Και μπορούν επίσης να βρεθούν στους τοίχους για τον έλεγχο των συστημάτων θέρμανσης στο σπίτι.

Οι τύποι ανιχνευτών συνήθως αποτελούνται από διμεταλικά πηνία ή σπείρες που σιγά -σιγά ξεδιπλώνονται ή πηνίο καθώς αλλάζει η θερμοκρασία. Γενικά, Οι λωρίδες διμεταλλικών στυλ ανίχνευσης είναι πιο ευαίσθητες στις μεταβολές της θερμοκρασίας από τους τυπικούς τύπους ενεργοποίησης/απενεργοποίησης επειδή οι λωρίδες είναι μεγαλύτερες και λεπτότερες, καθιστώντας τα ιδανικά για χρήση σε θερμόμετρα και κλήσεις, και τα λοιπά.

3. Θερμίστορ
Τα θερμίστορ είναι συνήθως κατασκευασμένα από κεραμικά υλικά, όπως το νικέλιο, Τα οξείδια μαγγανίου ή κοβαλτίου τοποθετημένα σε γυαλί, που τους κάνει εύκολα κατεστραμμένες. Το κύριο πλεονέκτημά τους σε σχέση με τους τύπους Snap-Action είναι το πόσο γρήγορα ανταποκρίνονται σε οποιεσδήποτε αλλαγές στη θερμοκρασία, ακρίβεια και επαναληψιμότητα.

Οι περισσότεροι θερμοστάτες έχουν αρνητικό συντελεστή θερμοκρασίας (NTC), Αυτό σημαίνει ότι η αντίσταση τους μειώνεται καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται. Ωστόσο, Υπάρχουν ορισμένοι θερμοστάτες που έχουν θετικό συντελεστή θερμοκρασίας (PTC) Και η αντίσταση τους αυξάνεται με τη θερμοκρασία.

Φυσική εικόνα θερμίστορ

Οι θερμίστορ βαθμολογούνται με βάση την αντίσταση τους σε θερμοκρασία δωματίου (συνήθως 25 o γ), το χρονικό τους σταθερό (Ο χρόνος που χρειάζεται για να αντιδράσει σε μια αλλαγή της θερμοκρασίας), και τη βαθμολογία τους σε σχέση με το ρεύμα που ρέει μέσω αυτών. Σαν αντιστάσεις, Οι θερμίστορ έχουν τιμές αντίστασης σε θερμοκρασία δωματίου που κυμαίνονται από 10 megohms σε μερικά ohms, Αλλά για σκοπούς ανίχνευσης αυτοί οι τύποι που μετρούνται σε kiloohms χρησιμοποιούνται συνήθως.

4. Παράδειγμα αισθητήρα θερμοκρασίας NO1
Η τιμή αντίστασης του ακόλουθου θερμίστορ στα 25 ℃ είναι 10kΩ, και η τιμή αντίστασης στα 100 ℃ είναι 100Ω. Υπολογίστε την πτώση τάσης κατά μήκος του θερμίστορ όταν τοποθετείται σε σειρά με αντίσταση 1kΩ για τον υπολογισμό της τάσης εξόδου (Ενεχυριά) σε όλη την παροχή 12V και στις δύο θερμοκρασίες.
Διάγραμμα παραδείγματος αισθητήρα θερμοκρασίας

Αλλάζοντας την σταθερή τιμή αντίστασης του R2 (1KΩ στο παράδειγμά μας) σε ποτενσιόμετρο ή προκαθορισμένη τιμή, Μια έξοδος τάσης μπορεί να ληφθεί σε ένα προκαθορισμένο σημείο ρύθμισης θερμοκρασίας, Για παράδειγμα, μια έξοδος 5V στους 60 ° C. Και αλλάζοντας το ποτενσιόμετρο για να πάρει ένα συγκεκριμένο επίπεδο τάσης εξόδου μπορεί να ληφθεί σε ευρύτερο εύρος θερμοκρασίας.

Ωστόσο, Θα πρέπει να σημειωθεί ότι οι θερμίστορ είναι μη γραμμικές συσκευές, και οι τυπικές τιμές αντίστασης διαφορετικών θερμίστορ σε θερμοκρασία δωματίου είναι διαφορετικές, κυρίως επειδή είναι κατασκευασμένα από υλικά ημιαγωγών. Τα θερμίστορ αλλάζουν εκθετικά με θερμοκρασία και επομένως έχουν σταθερή θερμοκρασία βήτα (β) που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό της αντίστασης σε οποιοδήποτε δεδομένο σημείο θερμοκρασίας.

Ωστόσο, Όταν χρησιμοποιείται με αντιστάσεις σειρές, όπως σε ένα δίκτυο διαχωριστικών τάσης ή μια διάταξη τύπου γέφυρας Wheatstone. Το ρεύμα που λαμβάνεται σε απόκριση της τάσης που εφαρμόζεται στο δίκτυο διαιρέτη τάσης/γέφυρας είναι γραμμικό με θερμοκρασία. Η τάση εξόδου κατά μήκος της αντίστασης στη συνέχεια κλιμακώνεται γραμμικά με θερμοκρασία.