Что такое датчики температуры?

Датчик температуры выдает напряжение, прямо пропорциональное температуре в градусах Цельсия, которое используется в интегральных схемах. Эти датчики способны определять как тепло, так и холод и преобразовывать эти тепловые колебания в электрические сигналы.

Датчик температуры

Датчики температуры, широко используемые в таких бытовых приборах, как водонагреватели, термометры, холодильники и микроволновые печи, играют важную роль в поддержании оптимальных условий эксплуатации. Помимо бытового использования, они также находят применение в различных промышленных и научных областях, включая геотехнический мониторинг. По сути, датчик температуры - это фундаментальный инструмент для измерения температуры и представления ее в понятном формате.

Как работают датчики температуры?

Фундаментальный принцип работы датчиков температуры часто связан с напряжением на клеммах диода. При повышении температуры напряжение на этих клеммах увеличивается, что приводит к измеряемым изменениям. В частности, между базой и эмиттером транзистора существует падение напряжения (часто называемое напряжением база-эмиттер), которое предсказуемо изменяется в зависимости от температуры. Затем измеряется это изменение напряжения и определяется сопротивление через диод. Датчик преобразует это измерение сопротивления в читаемое значение температуры, которое затем отображается в цифровом виде на считывающем устройстве.

Составные части датчиков температуры

Датчики температуры состоят из нескольких ключевых компонентов, которые работают вместе, чтобы точно измерять и сообщать температуру.

К основным компонентам относятся:

Чувствительные элементы: Это основные части, отвечающие за обнаружение изменений температуры. Примерами являются термопары, ТДС (резистивные датчики температуры) и термисторы.

Термопарные или удлинительные кабели и провода: Эти компоненты соединяют чувствительный элемент с остальной частью системы, обеспечивая передачу сигнала от точки измерения к блоку обработки.

Вспомогательные компоненты: Они обеспечивают надлежащее функционирование и защиту датчика. К ним относятся:

Изолирующие бусины: Используются для предотвращения электрических помех и обеспечения точности показаний.

Разъемы: Способствуют легкому монтажу и демонтажу системы датчиков.

Соединительные головки: Служат точками соединения проводов и могут содержать дополнительную электронику.

Защитные трубки: Защищают чувствительные элементы и провода от повреждения окружающей средой.

Сопутствующие компоненты: Необходимы для работы и интеграции датчика в более крупные системы:

Преобразователи: Преобразуют выходной сигнал датчика в более удобную для использования форму, например, в цифровой сигнал.

Контроллеры: Используют данные датчика для управления процессами или запуска действий на основе показаний температуры.

Типы и функции датчиков температуры

Существует четыре распространенных типа датчиков температуры:

1. Термистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC)

NTC-термисторы, класс датчиков температуры, используют керамические или металлические композитные материалы для обнаружения изменений температуры. Изготовленные из поликристаллических полупроводниковых керамических материалов, обогащенных оксидами металлов, таких как марганец, никель, кобальт, железо и медь, эти термисторы демонстрируют уникальную реакцию на изменение температуры. При повышении температуры усиленная вибрация атомов металла внутри термистора препятствует свободному потоку электронов, тем самым уменьшая сопротивление устройства.

Термистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC)

Термисторы NTC используются в различных приложениях не только для измерения температуры, но и для температурной компенсации и контроля. Они выступают в качестве защитных устройств, предохраняя цепи от повреждения из-за чрезмерного нагрева. Известные своей экономичностью, простотой использования и приемлемым выходным напряжением, термисторы NTC также могут похвастаться высокой точностью, прецизионностью и замечательной долговременной стабильностью, что делает их популярным выбором в различных электронных и промышленных приложениях, где необходим мониторинг и контроль температуры.

2. (Резистивные Температурные Датчики) RTD

RTD (Resistance Temperature Detector) - это тип датчика, который измеряет температуру, отслеживая изменения в электрическом сопротивлении. Чувствительный элемент RTD обычно представляет собой катушку небольшого диаметра, изготовленную из высокочистых материалов, таких как платина, никель или медь. Принцип их работы прост: при повышении температуры электрическое сопротивление металла увеличивается и, наоборот, уменьшается при понижении температуры. Будучи пассивным устройством, ТДС не генерирует выходной сигнал самостоятельно. Для измерения его сопротивления требуется внешнее электронное оборудование. Обычно это достигается путем пропускания небольшого электрического тока - обычно 1 мА или меньше, максимум 5 мА - для получения соответствующего напряжения. ТДС широко считаются стандартными устройствами для измерения температуры благодаря своим многочисленным преимуществам, включая высокую стабильность, отличную линейность и впечатляющую точность.

(Резистивные Температурные Датчики) RTD

3. Термопары

Термопара - это особый тип датчика, который играет важную роль в преобразовании тепловой энергии в электрическую. Это устройство создается путем соединения двух проводов из разных металлов, которые вместе образуют спай. При изменении температуры на этом соединении возникает напряжение, которое может быть точно измерено, что позволяет определить температуру в данной точке. Как правило, термопара состоит из двух изолированных проводов из разных металлических материалов, которые соединены с измерительным прибором. Это устройство служит важным инструментом безопасности и контроля в различных промышленных процессах и оборудовании, обеспечивая критические показания температуры, которые помогают обеспечить надлежащее функционирование и безопасность операций.

Термопары

Принцип работы термопары основан на эффекте Зеебека. Этот принцип гласит, что когда два разнородных металла соединены в месте стыка, они будут генерировать небольшое, измеримое напряжение в ответ на любые изменения температуры в этом месте. Величина генерируемого напряжения зависит как от степени изменения температуры, так и от специфических характеристик металлов.

4. Датчики температуры на основе полупроводников

Датчик температуры, изготовленный из полупроводниковых материалов, - это электронный компонент, который использует пару аналогичных диодов в интегральной схеме (ИС) для обнаружения изменений температуры. Эти диоды обладают характеристиками напряжения и тока, чувствительными к колебаниям температуры, и напряжение на них измеряется для определения температуры. Такие полупроводниковые датчики температуры обычно встраиваются в ИС, используя для контроля температуры пару соответствующих диодов, характеризующихся зависящим от температуры соотношением напряжения и тока. При правильной калибровке они могут обеспечивать достаточно точные измерения температуры. Они также демонстрируют минимальные различия между блоками, что является преимуществом для согласованности. Однако из-за конструктивных ограничений они не предназначены для приложений, требующих тесного теплового контакта с внешними поверхностями.

Датчики температуры на основе полупроводников

Области применения датчиков температуры

Датчики температуры повсеместно используются как в коммерческом, так и в потребительском секторах и имеют широкий спектр применений, которые улучшают нашу повседневную жизнь. Вот краткое описание некоторых из наиболее распространенных областей их применения:

1. Медицина: Датчики температуры являются неотъемлемой частью здравоохранения, в первую очередь в термометрах для точного измерения температуры тела. Кроме того, они также используются в передовом медицинском оборудовании, таком как аппараты МРТ и портативные ультразвуковые приборы, обеспечивая точную диагностику и лечение.

2. Автомобильная промышленность: В автомобилях датчики температуры играют важнейшую роль в контроле системы охлаждения двигателя. Они предупреждают водителей о возможном перегреве, предотвращая повреждение двигателя и повышая безопасность. Кроме того, они играют важную роль в системах климат-контроля, поддерживая комфортную обстановку в салоне.

3. Бытовая техника: Датчики температуры необходимы в бытовой технике: они регулируют температуру в холодильниках и морозильных камерах, а также обеспечивают правильную температуру приготовления пищи в плитах и духовках. Они также используются в системах кондиционирования и отопления, поддерживая оптимальный климат в помещении. Даже зарядные устройства используют их для предотвращения перезарядки, контролируя температуру батареи.

Обертывание

Датчики температуры играют важнейшую роль в нашей повседневной жизни, определяя количество тепла, выделяемого объектами или системами, и позволяя нам воспринимать изменения температуры. В SEMIMall вы можете найти различные температурные датчики производства Yageo Nexensos, Vishay Beyschlag и др.