Cos'è un sensore di temperatura?

Un sensore di temperatura è un dispositivo che misura quanto sia caldo o freddo un oggetto, Fornire una misurazione della temperatura attraverso un segnale elettrico in una forma leggibile. I più comuni sono le termocoppie e i rilevatori di temperatura del resistore termico.

Sensori di temperatura dell'acqua

Sensore di temperatura della Cina

Tipi di sensori di temperatura per i data center

Ci sono quattro principali sensori di temperatura usati oggi nell'elettronica moderna: Coefficiente di temperatura negativo (NTC) termistori, rilevatori di temperatura a resistenza (RTD), termocoppie, e integrato a base di semiconduttori (CIRCUITO INTEGRATO) sensori.
Un sensore di temperatura è un dispositivo, in genere, un rilevatore di temperatura di termocoppia o resistenza, che fornisce la misurazione della temperatura in una forma leggibile attraverso un segnale elettrico.
Un termometro è la forma più elementare di un misuratore di temperatura che viene utilizzato per misurare il grado di calore e freddezza.

I misuratori di temperatura vengono utilizzati nel campo geotecnico per monitorare il calcestruzzo, strutture, suolo, acqua, ponti, ecc. Per cambiamenti strutturali a causa delle variazioni stagionali.
Una termocoppia (T/c) è realizzato da due metalli diversi che generano una tensione elettrica in proporzione diretta alla variazione della temperatura. Un RST (Rilevatore di temperatura della resistenza) è una resistenza variabile che cambia la sua resistenza elettrica in proporzione diretta alla variazione della temperatura in un preciso, ripetibile, E quasi lineare.

Nella nostra vita quotidiana, Dovremmo spesso vedere i termometri, scaldabagni, forni a microonde, frigoriferi, ecc. Questi verranno applicati a un dispositivo importante: il sensore di temperatura. Questo articolo ti presenterà sensori di temperatura, Principi del sensore di temperatura, e tipi di sensori di temperatura.

Tipo di sensore di temperatura:
In applicazioni pratiche, Ci sono molti sensori di temperatura disponibili, con caratteristiche diverse in base all'applicazione effettiva. I sensori di temperatura sono costituiti da due tipi fisici di base:
1. Tipo di sensore di temperatura di contatto
Questi tipi di sensori di temperatura richiedono un contatto fisico con l'oggetto da rilevare e utilizzare la conduzione per monitorare le variazioni di temperatura. Possono essere usati per rilevare solidi, liquidi o gas su un ampio intervallo di temperatura.

2. Tipo di sensore di temperatura senza contatto
Questi tipi di sensori di temperatura utilizzano convezione e radiazioni per monitorare le variazioni di temperatura. Possono essere usati per rilevare liquidi e gas che emettono energia radiante mentre il calore aumenta e il freddo si deposita sul fondo nelle correnti di convezione, o per rilevare l'energia radiante trasmessa dagli oggetti sotto forma di radiazione a infrarossi (sole).
I sensori di temperatura di contatto e non contatto sono ulteriormente classificati nei seguenti sensori di temperatura.

Il principio del sensore di temperatura:
1. Termostato
Un termostato è un sensore di temperatura di contatto che consiste in una striscia bimetallica fatta di due metalli diversi, come l'alluminio, rame, nichel, o tungsteno.

La differenza nei coefficienti di espansione lineare dei due metalli fa sì che si subiscano movimenti di flessione meccanica quando riscaldati.

Immagine reale del termostato

2. Termostato bimetale
Un termostato è costituito da due metalli con diversi livelli di calore incollati insieme alla schiena. Quando il tempo è freddo, I contatti si chiudono e la corrente scorre attraverso il termostato. Mentre si riscalda, Un metallo si espande più dell'altro, e le strisce bimetali legate si piegano verso l'alto (o verso il basso), Aprire i contatti e prevenire il flusso di elettricità.

Immagine fisica del termostato bimetale

Esistono due tipi principali di strisce bimetali, basato principalmente sul loro movimento se sottoposto a variazioni di temperatura. Esistono tipi di "snap-action" che producono un'azione istantanea di tipo "on/off" o "off/on" sui contatti elettrici in un punto di temperatura impostato, e tipi di "creep" più lenti che cambiano gradualmente la loro posizione con il cambiamento di temperatura .
Diagramma di principio di lavoro del termostato bimetale

I termostati ad azione a scatto sono comunemente usati nelle nostre case per controllare i punti di temperatura dei forni, ferri da stiro, serbatoi di acqua calda immersione, e possono anche essere trovati sulle pareti per controllare i sistemi di riscaldamento domestico.

I tipi di crawler sono in genere costituiti da bobine bimetalliche o spirali che lentamente si aprono o bobina quando la temperatura cambia. In generale, Le strisce bimetali in stile crawler sono più sensibili alle variazioni di temperatura rispetto ai tipi di onda/spegnimento standard perché le strisce sono più lunghe e più sottili, rendendoli ideali per l'uso su termometri e quadranti, ecc.

3. Termistore
I termistori sono generalmente realizzati con materiali ceramici, come il nichel, Ossidi di manganese o cobalto placcati in vetro, Il che li rende facilmente danneggiati. Il loro principale vantaggio rispetto ai tipi di azione snap-action è la velocità con cui rispondono a eventuali variazioni di temperatura, precisione e ripetibilità.

La maggior parte dei termistori ha un coefficiente di temperatura negativo (NTC), il che significa che la loro resistenza diminuisce all'aumentare della temperatura. Tuttavia, Ci sono alcuni termistori che hanno un coefficiente di temperatura positivo (PTC) e la loro resistenza aumenta con la temperatura.

Termistor Picture fisiche

I termistori sono valutati in base alla loro resistenza a temperatura ambiente (Generalmente 25 o c), il loro tempo costante (Il tempo necessario per reagire a un cambiamento di temperatura), e il loro punteggio di potenza rispetto alla corrente che scorre attraverso di loro. Come i resistori, I termistori hanno valori di resistenza a temperatura ambiente che vanno 10 Megohms a qualche ohm, Ma per scopi di rilevamento quei tipi misurati in kiloohms vengono generalmente utilizzati.

4. Esempio di sensore di temperatura NO1
Il valore di resistenza del seguente termistore a 25 ℃ è 10kΩ, e il valore di resistenza a 100 ℃ è 100Ω. Calcola la caduta di tensione attraverso il termistore se inserito in serie con una resistenza da 1 kΩ per calcolare la tensione di uscita (VOUT) Attraverso l'alimentazione da 12 V a entrambe le temperature.
Diagramma di esempio del sensore di temperatura

Modificando il valore di resistenza fisso di R2 (1Kω nel nostro esempio) a un potenziometro o un valore preimpostato, Un'uscita di tensione può essere ottenuta a un set point di temperatura predeterminato, Ad esempio un'uscita 5V a 60 ° C. E modificando il potenziometro per ottenere un livello di tensione di uscita specifico, può essere ottenuto su un intervallo di temperatura più ampio.

Tuttavia, Va notato che i termistori sono dispositivi non lineari, e i valori di resistenza standard di diversi termistori a temperatura ambiente sono diversi, Principalmente perché sono realizzati con materiali per semiconduttori. I termistori cambiano esponenzialmente con la temperatura e quindi hanno una costante di temperatura beta (B) che può essere usato per calcolare la resistenza in un dato punto di temperatura.

Tuttavia, Se usato con resistori in serie, come in una rete di divisori di tensione o una disposizione del tipo di ponte di Wheatstone. La corrente ottenuta in risposta alla tensione applicata alla rete di divisori/bridge di tensione è lineare con la temperatura. La tensione di uscita attraverso il resistore si ridimensiona linearmente con la temperatura.