Описание работы электронного термометра с резистивным датчиком


Схема электронного термометра с выносным датчиком своими руками

На замену не совсем удобным аналоговым измерителям температуры, в основе работы которых лежит свойство жидкости расширяться и сжиматься, промышленность предложила дискретные устройства. Эти совсем несложные приборы обладают рядом неоспоримых преимуществ. Купить измеритель можно практически в любом магазине бытовой или климатической техники, но гораздо интереснее изготовить электронный термометр с выносным датчиком своими руками.

Суть устройства

Термометр, разговорный аналог — градусник, предназначен для измерения температуры окружающей среды. Первое устройство было изобретено в 1714 году немецким физиком Д. Г. Фаренгейтом. В основе своей конструкции он использовал прозрачную запаянную колбу, внутри которой находился спирт. После в качестве жидкости учёный применил ртуть. Но шкала аналогового измерителя, существующая и по сей день, была разработана лишь только через 30 лет шведским астрономом и метеорологом Андерс Цельсием. За начальные точки он предложил взять температуру тающего льда и кипения воды.

Интересным фактом является то, что изначально числом 100 была отмечена температура таяния льда, а за ноль взята точка кипения. Впоследствии шкалу «перевернули». По некоторым мнениям это сделал сам Цельсий, по другим — его соотечественники ботаник Линней и астроном Штремер.

Вскоре изготовление ртутных измерителей было широко налажено производством в промышленных масштабах. Со временем ртуть из-за своей ядовитости была заменена на спирт, а затем и вовсе был предложен новый тип устройства — цифровой. Сегодня, пожалуй, градусник стал неотъемлемым атрибутом любого жилища. По совету Всемирной организации здравоохранения была принята Минаматская конвенция, направленная на постепенный вывод из обихода ртутных градусников. Согласно ей в 2022 году использование ртути в измерителях будет полностью прекращено.

Поэтому из-за своих отличных характеристик термометр с цифровой схемой практически не имеет конкурентов. Предлагаемые в продаже спиртовые приборы проигрывают ему по точности и удобству восприятия данных.

Электронные модели могут располагаться в любом месте, ведь в контролируемом помещении необходимо расположить только небольшой датчик, подключённый к устройству. Этот тип используется во многих технологических процессах промышленности, например, строительных, аграрных, энергетических. С их помощью контролируется:

  • температура воздуха в производственных и жилых зданиях;
  • проверка нагрева сыпучих продуктов;
  • состояние вязких материалов.

Принцип работы

Перед тем как непосредственно приступить к изготовлению электронного термометра, следует разобраться в принципе его действия и определиться, из каких узлов будет состоять конструкция. Промышленно выпускаемые электронные градусники различаются по своим размерам и назначению. Но все они построены на однотипном принципе действия.

Проводимость материала изменяется в зависимости от температуры окружающей среды. Основываясь на этом и проектируется схема электронного градусника. Так, чаще всего в конструкции применяется термопара. Это электронный прибор, стоящий из двух сваренных между собой металлов. На поверхности каждого из них имеется контактная площадка, подключённая к измерительной схеме. При нагревании или охлаждении контактов возникает термоэлектродвижущая сила, появление и изменение которой регистрируется платой электроники.

В устройствах нового поколения вместо термочувствительного элемента используется кремниевый диод. Полупроводниковый радиоэлемент, у которого наблюдается зависимость вольт-амперной характеристики от температурного воздействия. Иными словами, при прямом включении (направление тока от анода к катоду) значение падения напряжения на переходе изменяется в зависимости от нагрева полупроводника.

Обработанные данные выводятся на дисплей, с которого уже визуально снимаются пользователем. Цифровые градусники позволяют измерять изменения температуры в диапазоне от -50 ° С до 100 ° С.

Всего же в конструкции простого термометра можно выделить пять блоков:

  1. Датчик — устройство, изменяющее свои параметры в зависимости от величины воздействующей на него температуры.
  2. Измерительные провода — используются для выноса датчика и его расположения в различных местах, требующих контроля над температурой. Чаще всего это небольшого сечения в диаметре проводники, даже необязательно экранированные.
  3. Плата электроники — содержит блок анализатора, фиксирующий изменения приходящего от датчика сигнала, а затем передающий его на экран.
  4. Дисплей — монохромный или цветной экран, предназначенный для отображения данных об измеренной температуре.
  5. Блок питания — собирается на типовых для радиоэлектроники интегральных микросхемах. Используется для стабилизации и преобразования питания, подающегося на все узлы платы.

Особенности изготовления

Человеку, увлекающемуся радиолюбительством, сделать электронный термометр своими руками по схеме не доставит трудностей, но в то же время обычному потребителю понадобится иметь хотя бы навыки паяния. Сегодня существует довольно много различных схем, отличающихся как сложностью повторения, так и дефицитностью радиодеталей.

При выборе схемы учитывают характеристики, которые она сможет обеспечить будущему измерительному устройству. В первую очередь — это диапазон измеряемых температур, а во вторую – погрешность. Конструктивно можно собрать проводную и беспроводную модель. При сборке второго типа используется радиомодуль, значительно удорожающий изделие.

Из-за использования чувствительных специализированных микросхем собирать навесным монтажом схему вряд ли получится. Поэтому предварительно изготавливается печатная плата. Делать её лучше из одностороннего фольгированного стеклотекстолита методом «лазерно-утюжной технологии».

Суть метода заключается в том, что с помощью, например, Sprint Layout, рисуется печатная схема устройства и распечатывается в зеркальном отображении в масштабе 1:1 на лазерном принтере. Затем, приложив отпечатанный рисунок изображением вниз к фольгированному слою, проглаживают чертёж разогретым утюгом. Из-за особенностей тонера изображение линий перенесётся на стеклотекстолит. Далее плата погружается в ванную с реактивом, например, FeCl3.

В качестве индикатора можно использовать светодиодную матрицу, но лучше приобрести любой монохромный экран. Простой экран можно взять буквально за «копейки», например, подойдёт от старых системных блоков, выполненных в форм-факторе АТ. Если планируется конструкция с выносным датчиком, то неплохим вариантом будет использование шлейфа с диаметром проводника от 0,3 мм2, но в принципе подойдёт любой провод. При этом чем вынос датчика больше, тем большего сечения нужен и провод.

В схемотехнике некоторых термометров используются микроконтроллеры. Их применение позволяет упростить электрическую схему и повысить функциональность, но при этом требует навыков программирования и умения загружать прошивку. Для этого понадобится программатор, который можно также спаять самостоятельно, например, для LPT из пяти проводов.

Простой термометр

Конструкция простого термометра состоит всего из трёх деталей и тестера. В качестве датчика температуры в схеме используется LM35. Это интегральный прибор с калиброванным выходом по напряжению. Амплитуда на выходе датчика пропорциональна температуре. Точность измерений составляет 0,75° C. Запитывать интегральную микросхему можно как от однополярного источника, так и двухполярного. Предел измерений от -55 ° до 150° C.

В качестве мультиметра можно использовать стрелочный или цифровой прибор. К датчику согласно схеме подключают источник питания. Например, КРОНу или три соединённых последовательно пальчиковых батарейки. Измеритель же подключают к клеммам V и COM и переводят в режим измерения температуры. Потребление датчика при работе не превышает 10 мкА.

Диапазон измерения мультиметра устанавливается на два вольта. Отображённый на экране результат и будет соответствовать измеряемой температуре. Последняя цифра в числе обозначает десятые доли градуса.

При желании устройство можно сделать двухканальным. Для этого дополнительно необходимо будет изготовить механический или электронный переключатель.

Цифровая схема

Одна из самых простых схем состоит всего из нескольких элементов. В основе конструкции лежит использование датчика, выдающего значение температуры в цифровом коде. Стоимость термодатчика LM 335 не превышает 50 центов, при этом после калибровки его точность измерения составляет от 0,3 ° до 1,5° C. Датчик может измерять температуру от — 40 ° до 100° C. Выпускается он в двух корпусах — TO-92 и SOIC. В качестве аналога можно использовать отечественную микросхему К1019ЕМ1.

При монтаже длина соединительных проводов может достигать пяти метров. Калибровка схемы осуществляется изменением напряжения, подаваемым на вывод один. Необходимое значение рассчитывается по формуле:

Uвых = Vвых1 * T / To, где:

  • Uвых – напряжение на выходе микросхемы;
  • Uвых1 – напряжение на выходе при эталонной температуре;
  • T и To – измеряемая и эталонная температура.

Напряжение, формирующее выходной сигнал, зависит от температуры, поэтому питание, подающееся на датчик, должно осуществляться от источника тока. Собирается он на двух транзисторах КТ209 и не требует дополнительных настроек. Максимальный ток питания не превышает 5 мА. Увеличение выходного напряжения на 10 мВ соответствует приросту температуры на один градус.

Использование микроконтроллера

Применение в схеме самодельного термометра микроконтроллера подразумевает использование программы, управляющей его работой. В качестве микросхемы применяется ATmega8, а датчика температуры — DS18B20.

В схеме используется небольшое число радиодеталей. Она несложная и не нуждается после сборки в какой-либо наладке. Напряжение питания микроконтроллера составляет пять вольт. Для его стабилизации используется микросхема L7805. Транзисторы можно использовать любые с NPN структурой. В качестве индикатора подойдёт трёхразрядный сегментный дисплей с общим катодом.

Температура устройством может изменяться в интервале от -55 ° до 125º С с шагом в 0,1º С. Погрешность измерения не превышает 0,5º С. Обмен данными между датчиком и микроконтроллером происходит по шине 1-Wire. При большом расстоянии выноса измерительной микросхемы DS18B20 от ATmega8 необходимо подобрать подтягивающее сопротивление. Распаять его лучше непосредственно на вывод датчика.

При программировании все установки микроконтроллера оставляются заводскими, и фьюзы не изменяются. Затем к собранному термометру можно добавить ещё один датчик, а также часы. Но для этого необходимо будет обладать знаниями в программировании, чтобы дописать программный код.

Точный термометр

Применение в качестве датчиков полупроводниковых диодов и транзисторов характеризуется сложностью калибровки показаний, что в итоге приводит к погрешности результата измерений. Поэтому для получения точного результата в качестве измерителя применяется бифилярно намотанная катушка из тонкого проводника, размещённая в цилиндре, имеющем размеры порядка 4×20 мм.

Основой конструкции является микросхема ICL707 и светящийся индикатор. Питание можно подавать от любого источника с выходной амплитудой 12 В. На DA3 собран нормирующий преобразователь, изменяющий своё выходное напряжение в зависимости от сигнала, поступаемого с датчика.

Настройка заключается в выставлении на 36 ноге микросхемы напряжения, равного одному вольту. Делается это с помощью резисторов R3 и R4. Вместо датчика подключают резистор на 100 Ом. Изменением сопротивления R14 устанавливают нули на цифровом индикаторе. После чего устройство готово к измерениям.

(1 оценок, среднее: 5,00 из 5) Загрузка...

proagregat.com

Простой цифровой термометр своими руками с датчиком на LM35

Для изготовления этого простого цифрового термометра необходим температурный датчик LM35, цифровой вольтметр (любой недорогой китайский цифровой мультиметр), два маломощных диода, один резистор и несколько батареек (либо элемент типа «Крона»). �з этих компонентов можно быстро собрать простой цифровой многофункциональный термометр с диапазоном температур от -40 до +150 градусов Цельсия. Для измерения только положительных температур диоды и резистор не нужны.

Точность измерения температуры 0,1 градуса Цельсия, т.е. термодатчик для многих применений можно назвать прецизионным. Для этого универсального цифрового термометра использованы полупроводниковые датчики температуры LM35DZ/NOPB для температуры от 0 до +100°C и LM35CZ/NOPB для температуры от -40 до +110°С в корпусах TO-92. В datasheets некоторых производителей LM35 указана верхняя измеряемая температура +150 градусов Цельсия.

Термометр для измерения положительных температур

Такой электронный измеритель температуры можно быстро сделать своими руками. Достаточно подключить Крону (или три пальчиковые батарейки, соединенные последовательно) к датчику, а датчик к вольтметру, как показано на рисунке – и термометр готов. Датчик потребляет от источника питания ток не более 10 мкА, поэтому батарейку можно не отключать длительное время.

Схема подключения LM35 для измерения плюсовой температуры и «распиновка» датчика

Диапазон использования такого цифрового датчика очень широк: - термометр комнатный - термометр уличный - термометр для воды и других жидкостей - термометр для инкубатора - термометр для бани и сауны - термометр для аквариума -термометр для холодильника - термометр для автомобиля

- цифровой многоканальный термометр и т.д.

Термометр уличный электронный

Схема цифрового термометра для измерения температуры от минус 40 до плюс 110 градусов Цельсия с однополярным источником питания. Диоды маломощные кремниевые – КД509, КД521 и т.д. Диапазон измерения тестера надо устанавливать на 2 вольта (2000 мВ), последняя цифра будет показывать десятые доли градуса, ее следует отделить точкой.

Для воды и других жидкостей датчик термометра следует сделать герметичным, для этого его можно залить силиконовым герметиком, либо поместить в медную трубку с внутренним диаметром 6 мм со сплющенным и запаянным концом. Запаянный конец трубки надо заполнить термопастой. Затем припаять к датчику провода, изолировать контакты и вставить датчик в трубку – протолкнуть до упора, чтобы он находился в теплопроводящей пасте. Таким образом получаем щуп-термометр. Если инерционность термометра не является критичной, датчик можно вставить в пластиковую трубку и загерметизировать ее концы.

Схема электронного термометра с двумя датчиками

Термометр легко сделать многоканальным. Для этого можно использовать как механические, так и электронные аналоговые переключатели. Ниже, для примера приведена схема двухканального термометра для плюсовых температур с использованием «перекидного» тумблера.

Этот прибор показывает уличную температуру, датчик висит за закрытой форточкой. Время на сборку заняло 30-40 минут.

Так выглядит прибор сзади. Собран градусник по схеме с одним источником питания, двумя диодами и резистором. Поскольку отрицательное смещение на диодах составляет порядка 2-х вольт, а минимальное напряжение питания датчика 4 вольта, в качестве БП использованы спаянные последовательно 5 батареек ААА. Датчики припаяны к неэкранированным проводам длиной 2,5 метра.

На этом фото показаны два термометра. Датчик первого размещен в холодильной камере, а второго - в морозильной камере этого же холодильника. Точка на индикаторе мультиметра нарисована черным маркером.

�змерил температуру своего тела – полный порядок. Подключил точно такой же другой прибор (без точки на индикаторе) к этому же датчику и огорчился, прибор «врет» в большую сторону на 0,2 градуса. В кипящей воде не пробовал: не готовы герметичные щупы. Перед замерами батарейки в обоих приборах заменил на одинаковые новые.

На основе этого термодатчика можно сделать простой регулятор температуры, добавив компаратор с регулируемым или фиксированным порогом срабатывания и силовой ключ (оптосимистор, реле …), который будет включать нагреватель. Для построения термостата (инкубатора, например) такая схема не пойдет, LM35 необходимо подключать к устройству с функцией П�Д-регулятора, например, ТРМ210.

  • Напряжение РЅР° светодиоде
  • Схема светодиодной лампы РЅР° 220РІ
  • Лампа Р­Р Рђ Рђ65 13Р’С‚
  • Как паять светодиодную ленту
  • Светодиодная лента РЅР° 220 РІ
  • Простое зарядное устройство
  • Разрядное устройство для автомобильного аккумулятора
  • Схема драйвера светодиодов РЅР° 220
  • Подсветка для РєСѓС…РЅРё РёР· ленты
  • Подсветка рабочей Р·РѕРЅС‹ РєСѓС…РЅРё
  • LED лампа Selecta g9 220v 5w
  • Светодиодная лампа ASD LED-A60
  • Общедомовой учет тепла
  • Схема РґРёРѕРґРЅРѕР№ лампы 5 Р’С‚ 220РІ
  • firstelectro.ru

    Резистивные датчики температуры.

    Задача получения правильных результатов измерения температуры в большинстве случаев может быть решена при применении резистивных датчиков температуры (РТД), которые представлены на рынке в большом количестве конструктивных исполнений и точностных характеристик. Они являются одними из наиболее стабильных и точных температурных датчиков, работающих в температурном диапазоне приблизительно от -200 до 800 °C, и используются там, где требуется хорошая повторяемость результатов измерений при их высокой точности.

    Принцип действия

    Работа РТД основана на свойстве металлов к изменению своего электрического сопротивления при изменении температуры. Известно, что все металлы изменяют свое сопротивление при изменении температуры. Этот факт и определил появление РТД.

    Сопротивление отрезка провода прямо пропорционально его длине и обратно пропорционально площади поперечного сечения:

    где p — удельное сопротивление материала.

    Каждый металл имеет определенное и уникальное удельное сопротивление, которое может быть определено экспериментально. РТД изготавливают из металлов, сопротивление которых растет с температурой. В пределах ограниченного температурного диапазона удельное сопротивление линейно растет с ростом температуры:

    где pt — удельное сопротивление при температуре t, p 0 — удельное сопротивление при стандартной температуре t 0 ,a — температурный коэффициент сопротивления (°C –1).

    Считая t 0 =0 °C, решим совместно уравнения 1 и 2. После приведения решения к стандартной линейной форме (y =mx +b) становится ясно, что изменение сопротивления в зависимости от температуры является линейной функцией с наклоном, равным a :

    Теоретически, любой металл может быть использован в качестве датчика температуры, однако идеальный металл должен иметь специфические характеристики:

    • высокую точку плавления;
    • устойчивость к коррозии;
    • иметь линейную характеристику R=F(t);
    • быть долговечным.

    Платиновый провод хрупок, но материал высокоустойчив к загрязнению и обладает только слегка нелинейной характеристикой dR/dt, поэтому платина и была выбрана для применения в РТД. К ее положительным характеристикам следует отнести химическую стабильность, возможность достаточно легкого получения материала в химически чистой форме, а также электрические свойства, которые имеют высокую повторяемость.

    РТД изготавливают или из сплава IEC/DIN (американский стандарт) или из химически чистой платины (европейский стандарт). Отличие — в степени чистоты. Если стандарт IEC/DIN определяет, что датчик изготавливается из платины, которая преднамеренно загрязнена другими металлами платиновой группы, то платина, применяемая в датчиках, изготавливаемых по европейскому стандарту, имеет степень чистоты не менее 99,99%. Если датчики, сделанные из разных материалов, будут иметь сопротивление 100 Ом при 0 °C, то при 100 °C датчик, изготовленный из сплава IEC/DIN, будет иметь сопротивление 138,5 Ом, а датчик, изготовленный по европейскому стандарту, — 139,02 Ом.

    Международными комитетами были установлены стандартные кривые для РТД. Они определили средний температурный коэффициент a , который определяет наклон функции R =F (t) в диапазоне температур между 0 и 100 °C. Из уравнения 3 получаем выражение для a :

    Для платины стандарта IEC/DIN a =0,00385 Ом/(Ом ·°C). Для платины европейского стандарта — 0,003926 Ом/(Ом ·°C)(максимально).

    Зависимость между сопротивлением и температурой может быть приближенно описана уравнением Каллендар —Ван Дусена:

    где T — температура (°C), R — сопротивление при температуре T, R 0 — сопротивление при температуре таяния льда,a =постоянный коэффициент (определяет наклон функции R =F(T)при T =0 °C),d — постоянный коэффициент,b — постоянный коэффициент (b =0 при T >0 °C).

    Фактические значения коэффициентов a, d иb определяются экспериментально путем измерения значения РТД при разных температурах и решения уравнения 5.

    Уравнение Каллендар — Вана Дусена может быть упрощено:

    При по ожительных температурах поведение платинового РТД упрощается, так как коэффициент C становится равным нулю, и может быть определено как

    Как было сказано выше,уравнения были получены Каллендар — Ван Дусеном из экспериментальных данных. Он использовал для калибровки три точки:0 °C и еще две произвольно выбранных по ожительных температуры:

    • точку кипения воды — 100 °C;
    • тройную точку цинка — 419,58 °C.

    Коэффициенты A, B, и C зависят от материала провода и его чистоты. Ничто не вечно, даже очень хорошие датчики иногда выходят из строя, и их необходимо менять. Для того чтобы эта операция была безболезненной для пользователя, датчики должны иметь идентичные характеристики, поэтому международный стандарт IEC 751 в целях взаимозаменяемости датчиков определил коэффициенты уравнения Каллендар — Ван Дусена, которые должен иметь любой выпускаемый РТД. Значения коэффициентов приведены ниже.

    Коэффициенты для платиновых датчиков по стандарту IEC 751-2 (ITS90):

    A B C
    3,9083x10 –3 °C –1 –5,775 x10 –7 °C –2 –4,183 x10 –12 °C –3

    Для отдельно взятого датчика постоянные A, B и C могут слегка отличаться от стандартных, в зависимости от выбранных калибровочных температур и техно огии его изготовления. Поэтому при проведении точных измерений следует уточнить его характеристики у производителя.

    Конструкция датчиков

    Датчики изготавливают двух видов: провоочные или тонкопленочные.

    Проволочные датчики наматывают очень тонким платиновым проводом на катушку до получения сопротивления равным 100 Ом. Потом катушка вставляется в керамическую оправку для предотвращения замыканий на корпус и обеспечения виброустойчивости. Этот процесс очень трудоемок, а вся работа выполняется вручную под микроскопом.

    Тонкопленочные датчики изготавливаются методом осаждения тонкого слоя платины или ее сплавов на керамическое основание и следующей подгонки сопротивления резистора к требуемому значению. После этого элементы датчика для обеспечения влагоустойчивости покрываются стеклом или эпоксидной смолой. Преимуществом тонкопленочных датчиков по сравнению с прово очными является то, что по этой техно огии можно получить более высокоомные датчики при значительно меньших габаритах. Это ведет к увеличению разрешения на градус и, соответственно, минимизирует ошибки, вызываемые сопротивлением подводящих проводов. Например, выпускаются датчики, имеющие сопротивление 1000 Ом при 0 °С. Тонкопленочные датчики восприимчивы к деформации,и имеют максимальный температурный коэффициент 0,00385 Ом/(Ом ·°C).

    Параметры датчиков

    При выборе конкретного датчика должны анализироваться следующие его характеристики:

    • схема подключения (двух-, трех-или четырехпроводная);
    • саморазогрев;
    • точность;
    • стабильность;
    • повторяемость;
    • время выхода на режим.

    Схемы подключения

    Используются двух-, трех-или четырехпроводные схемы подключения датчика к измерительному устройству. Они хорошо известны и поэтому не будут детально описываться. Но все же коротко рассмотрим основные аспекты их применения. Двухпроводная схема подключения используется там, где подводящие провода являются очень короткими и может быть допущена некоторая ошибка измерения. При трехпроводном подключении имеются три подводящих проводника вместо двух, что позволяет в некоторой степени уменьшить ошибки измерения, вносимые протеканием тока через подводящие провода. Четырехпроводная конфигурация может быть рекомендована для получения наилучших результатов измерения.

    Ток возбуждения датчика проходит через одну пару проводов, а измерение сопротивления осуществляется через другую пару. Это исключает ошибку, вызванную разным сопротивлением подводящих проводов. Этот способ более дорог, чем двух-или трехпроводные конфигурации (особенно при длинных линиях связи), но это лучший способ обеспечения высокой точности измерения.

    Еще хотелось бы привести достаточно удачную схему подключения двух РДТ, опубликованную на сайте caxapa.ru (см.рисунок). Здесь используется четырехпроводная схема подключения и логометрический метод измерения. По утверждению авторов, она обладает следующими характеристиками:

    • 16-разрядное разрешение;
    • реальная точность 0,02 °С (при использовании 100-омных датчиков);
    • удаление схемы измерения от дачика до 500 метров;
    • возможность применения 100,500 или (max) 1000-омных датчиков.

    Следует отметить, что здесь точность и стабильность измерения определяются не только параметрами датчика, но и точностью и стабильностью резистора 1,00 кОм, включенного между REF+и REF-, поэтому рекомендуется использовать высокоточный и высокостабильный резистор типа С2-29С.

    Саморазогрев

    Как известно, для измерения сопротивления необходимо пропустить через него ток. Протекающий ток вызывает нагрев резистора, поэтому температура, измеряемая датчиком, будет всегда слегка выше фактической. Саморазогрев сильно зависит от среды, в которую помещен датчик. Например, саморазогрев датчика на воздухе может быть в 100 раз выше, чем в воде.

    Точность, стабильность и повторяемость

    Эти три термина часто путают, поэтому важно понять их различие.

    Точность

    Стандарт IEC 751 определяет два класса точности —класс «A » и класс «B »: Класс «A »:t =±(0,15 +0,002 •|t |) Класс «B »:t =±(0,30 +0,005 •|t |) где:|t |— абсолютная температура в °C.

    Класс «A » применяется для датчиков, работающих в температурном диапазоне от –200 до 650 °C, и только для трех-или четырехпроводной схемы подключения.

    Класс «B » охватывает полный диапазон температур от –200 °C до 850 °C.

    Стабильность

    Стабильность — это способность датчика поддерживать свое неизменное сопротивление при постоянном входном воздействии. Физические или химические воздействия могут вызывать дрейф градуировки. Кроме этого, так как платина — материал достаточно жесткий, то провод на сердечнике или на подожке может расширяться или сжиматься, вызывая его деформацию и ухудшение стабильности. Дрейф, обычно указываемый изготовителями, составляет обычно 0,05 °C/год.

    Повторяемость

    Повторяемость — это способность датчика иметь неизменную характеристику в течение длительного времени при идентичных условиях применения. Во многих случаях не требуется получения абсолютной точности, а все внимание обращается на стабильность и повторяемость характеристик датчика. Если, например, РТД в точке 100,00 °C всегда показывает 100,06 °C, то схема обработки всегда может легко компенсировать эту ошибку. Повторяемость характеристик датчиков исключительна, в большинстве случаев она составляет 0,05 °C в течение пяти лет.

    Время выхода на режим

    Время выхода на режим — это способность датчика реагировать на изменение температуры объекта. Оно зависит от тепловой массы датчика, а также близости и места распо ожения по отношению к измеряемому объекту, то есть от конкретной схемы измерения температуры. Например, датчик, помещенный в термокарман, реагирует на изменение температуры более медленно, чем тот же самый датчик, помещенный непосредственно в процесс. Технические требования определяют постоянную времени датчика как время, необходимое датчику для того, чтобы при ступенчатом воздействии температуры его показание составило 63% от амплитуды ступеньки. Время выхода на режим рассчитывается как при помещении датчика в воду, текущую со скоростью 0,2 м/с, и так и в воздух, текущий со скоростью 1 м/с.

    Алексей Чистяков

    www.compitech.ru

    Датчики температуры

     О чем эта статья

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

    Перейти к выбору и покупке датчиков температуры

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

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

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

    Виды датчиков температуры, по типу действия

    Терморезистивные термодатчики

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

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

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

    В зависимости от материалов используемых для производства терморезистивных датчиков различают:

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

    Полупроводниковые

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

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

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

    Термоэлектрические(термопары)

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

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

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

    Пирометры

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

    Различают три вида пирометров:

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

    Акустические

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

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

    Пьезоэлектрические

    В датчиках этого типа главным элементов является кварцевый пьезорезонатор.

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

    На что необходимо обратить внимание при выборе датчиков температуры

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

    Производители и продавцы датчиков температуры

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

    Если вам понравилась статья нажмите на одну из кнопок ниже

    www.devicesearch.ru.com


    Смотрите также