อุณหภูมิเป็นปริมาณสิ่งแวดล้อมที่วัดได้บ่อยที่สุด สิ่งนี้อาจเกิดขึ้นได้เนื่องจากระบบทางกายภาพอิเล็กทรอนิกส์เคมีเครื่องกลและชีวภาพส่วนใหญ่ได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิ ปฏิกิริยาทางเคมีกระบวนการทางชีวภาพและแม้แต่วงจรอิเล็กทรอนิกส์บางอย่างจะทำงานได้ดีที่สุดภายในช่วงอุณหภูมิที่ จำกัด อุณหภูมิเป็นตัวแปรที่วัดได้บ่อยที่สุดดังนั้นจึงไม่น่าแปลกใจที่มีหลายวิธีในการตรวจจับ การตรวจจับอุณหภูมิ สามารถทำได้โดยการสัมผัสโดยตรงกับแหล่งความร้อนหรือจากระยะไกลโดยไม่ต้องสัมผัสโดยตรงกับแหล่งกำเนิดโดยใช้พลังงานจากการแผ่รังสีแทน มีเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิมากมายในตลาดปัจจุบันรวมถึงเทอร์โมคัปเปิลตัวตรวจจับอุณหภูมิความต้านทาน (RTDs) เทอร์มิสเตอร์อินฟราเรดและเซนเซอร์เซมิคอนดักเตอร์
5 ประเภทของเซนเซอร์จับอุณหภูมิ
- เทอร์โมคัปเปิล : เป็นเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิชนิดหนึ่งซึ่งทำโดยการเชื่อมโลหะสองชนิดที่แตกต่างกันที่ปลายด้านหนึ่ง จุดสิ้นสุดที่เข้าร่วมเรียกว่า HOT JUNCTION ปลายอีกด้านหนึ่งของโลหะที่แตกต่างกันเหล่านี้เรียกว่า COLD END หรือ COLD JUNCTION ชุมทางเย็นเกิดขึ้นที่จุดสุดท้ายของวัสดุเทอร์โมคัปเปิล หากมีความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างทางแยกร้อนและทางแยกเย็นจะมีการสร้างแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็ก แรงดันไฟฟ้านี้เรียกว่า EMF (แรงเคลื่อนไฟฟ้า) และสามารถวัดได้และใช้เพื่อระบุอุณหภูมิ
เทอร์โมคัปเปิล
- ร. ฟ. ท เป็นอุปกรณ์ตรวจจับอุณหภูมิที่ความต้านทานเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิ โดยปกติแล้วจะสร้างจากทองคำขาวแม้ว่าอุปกรณ์ที่ทำจากนิกเกิลหรือทองแดงจะไม่ใช่เรื่องแปลก แต่ RTD สามารถมีรูปร่างที่แตกต่างกันได้มากมายเช่นลวดพันแผลฟิล์มบาง ๆ ในการวัดความต้านทานข้าม RTD ให้ใช้กระแสคงที่วัดแรงดันไฟฟ้าที่ได้และกำหนดความต้านทาน RTD RTD แสดงเป็นเส้นตรง ความต้านทานต่อเส้นโค้งของอุณหภูมิ ในพื้นที่ปฏิบัติการของตนและความไม่เป็นเชิงเส้นใด ๆ สามารถคาดเดาได้สูงและทำซ้ำได้ คณะกรรมการประเมิน PT100 RTD ใช้ RTD แบบยึดพื้นผิวเพื่อวัดอุณหภูมิ PT100 ภายนอก 2, 3 หรือ 4 สายสามารถเชื่อมโยงกับอุณหภูมิการวัดในพื้นที่ห่างไกลได้ RTD มีความเอนเอียงโดยใช้แหล่งกระแสคงที่ เพื่อลดความร้อนในตัวเองเนื่องจากการกระจายกำลังไฟขนาดปัจจุบันจะต่ำพอสมควร วงจรที่แสดงในรูปคือแหล่งกระแสคงที่ใช้แรงดันอ้างอิงแอมพลิฟายเออร์หนึ่งตัวและทรานซิสเตอร์ PNP
- เทอร์มิสเตอร์ : คล้ายกับ RTD เทอร์มิสเตอร์เป็นอุปกรณ์ตรวจจับอุณหภูมิซึ่งความต้านทานจะเปลี่ยนไปตามอุณหภูมิ อย่างไรก็ตามเทอร์มิสเตอร์ทำจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ ความต้านทานถูกกำหนดในลักษณะเดียวกับ RTD แต่เทอร์มิสเตอร์มีความต้านทานแบบไม่เชิงเส้นสูงเทียบกับเส้นโค้งอุณหภูมิ ดังนั้นในช่วงการทำงานของเทอร์มิสเตอร์เราจะเห็นการเปลี่ยนแปลงความต้านทานขนาดใหญ่สำหรับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเพียงเล็กน้อย ทำให้อุปกรณ์ที่มีความไวสูงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับแอปพลิเคชัน set-point
- สารกึ่งตัวนำ เซ็นเซอร์ : พวกเขาแบ่งออกเป็นประเภทต่างๆเช่นเอาต์พุตแรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตปัจจุบันเอาต์พุตดิจิตอลซิลิกอนเอาต์พุตความต้านทานและเซ็นเซอร์อุณหภูมิไดโอด เซ็นเซอร์อุณหภูมิเซมิคอนดักเตอร์สมัยใหม่มีความแม่นยำสูงและมีความเป็นเชิงเส้นสูงในช่วงการทำงานประมาณ 55 ° C ถึง + 150 ° C แอมพลิฟายเออร์ภายในสามารถปรับขนาดเอาต์พุตเป็นค่าที่สะดวกเช่น 10mV / ° C นอกจากนี้ยังมีประโยชน์ในวงจรชดเชยความเย็นสำหรับเทอร์โมคัปเปิลช่วงอุณหภูมิกว้าง รายละเอียดโดยย่อเกี่ยวกับเซ็นเซอร์อุณหภูมิประเภทนี้มีให้ด้านล่าง
IC เซนเซอร์
มี IC เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิมากมายที่พร้อมใช้งานเพื่อลดความซับซ้อนของความท้าทายในการตรวจสอบอุณหภูมิที่กว้างที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เซ็นเซอร์อุณหภูมิซิลิกอนเหล่านี้แตกต่างอย่างมีนัยสำคัญจากประเภทที่กล่าวถึงข้างต้นในสองวิธีที่สำคัญ ประการแรกคือช่วงอุณหภูมิในการทำงาน IC เซ็นเซอร์อุณหภูมิสามารถทำงานได้ในช่วงอุณหภูมิ IC ที่กำหนดคือ -55 ° C ถึง + 150 ° C ข้อแตกต่างที่สำคัญประการที่สองคือฟังก์ชันการทำงาน
เซ็นเซอร์อุณหภูมิซิลิกอนเป็นวงจรรวมดังนั้นจึงสามารถรวมวงจรประมวลผลสัญญาณที่ครอบคลุมไว้ในแพ็คเกจเดียวกันกับเซ็นเซอร์ ไม่จำเป็นต้องเพิ่มวงจรชดเชยสำหรับ ICS เซ็นเซอร์อุณหภูมิ บางส่วนเป็นวงจรอนาล็อกที่มีเอาต์พุตแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้า อื่น ๆ รวมวงจรตรวจจับแบบอะนาล็อกเข้ากับตัวเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้าเพื่อให้ฟังก์ชันแจ้งเตือน IC เซ็นเซอร์อื่น ๆ บางตัวรวมวงจรตรวจจับอนาล็อกเข้ากับอินพุต / เอาต์พุตดิจิตอลและ ทะเบียนควบคุม ทำให้เป็นทางออกที่ดีสำหรับระบบที่ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์
เซ็นเซอร์เอาต์พุตดิจิตอลมักประกอบด้วยเซ็นเซอร์อุณหภูมิตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอล (ADC) อินเทอร์เฟซดิจิตอลสองสายและลงทะเบียนสำหรับควบคุมการทำงานของ IC อุณหภูมิจะถูกวัดอย่างต่อเนื่องและสามารถอ่านได้ตลอดเวลา หากต้องการตัวประมวลผลโฮสต์สามารถสั่งให้เซ็นเซอร์ตรวจสอบอุณหภูมิและให้ขาเอาต์พุตสูง (หรือต่ำ) หากอุณหภูมิเกินขีด จำกัด ที่ตั้งโปรแกรมไว้ นอกจากนี้ยังสามารถตั้งโปรแกรมอุณหภูมิที่ต่ำกว่าเกณฑ์และโฮสต์สามารถแจ้งเตือนเมื่ออุณหภูมิลดลงต่ำกว่าเกณฑ์นี้ ดังนั้นจึงสามารถใช้เซ็นเซอร์เอาต์พุตดิจิตอลสำหรับการตรวจสอบอุณหภูมิที่เชื่อถือได้ในระบบที่ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์
เซ็นเซอร์อุณหภูมิ
เซ็นเซอร์อุณหภูมิด้านบนมีขั้วต่อสามขั้วและต้องการแหล่งจ่ายไฟสูงสุด 5.5 V เซนเซอร์ประเภทนี้ประกอบด้วยวัสดุที่ทำงานตามอุณหภูมิเพื่อให้ความต้านทานแตกต่างกันไป การเปลี่ยนแปลงของความต้านทานนี้รับรู้ได้จากวงจรและคำนวณอุณหภูมิ เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอุณหภูมิก็จะสูงขึ้นด้วย เราสามารถเห็นการทำงานนี้ได้โดยใช้ไดโอด
เซ็นเซอร์อุณหภูมิเชื่อมต่อโดยตรงกับอินพุตไมโครโปรเซสเซอร์จึงสามารถสื่อสารโดยตรงและเชื่อถือได้กับไมโครโปรเซสเซอร์ หน่วยเซ็นเซอร์สามารถสื่อสารกับโปรเซสเซอร์ราคาประหยัดได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่ต้องใช้ตัวแปลง A / D
ตัวอย่างของเซ็นเซอร์อุณหภูมิคือ LM35 . LM35 ซีรี่ส์เป็นเซนเซอร์วัดอุณหภูมิวงจรรวมที่มีความแม่นยำซึ่งแรงดันขาออกเป็นสัดส่วนเชิงเส้นตรงกับอุณหภูมิเซลเซียส LM35 ทำงานที่-55˚ถึง + 120˚C
เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิพื้นฐาน (+ 2˚Cถึง + 150˚C) แสดงในรูปด้านล่าง
คุณสมบัติของ LM35 Temperature Sensor:
- ปรับเทียบโดยตรงใน˚เซลเซียส (องศาเซลเซียส)
- จัดอันดับสำหรับช่วง l −55− ถึง + 150˚Cเต็ม
- เหมาะสำหรับการใช้งานระยะไกล
- ต้นทุนต่ำเนื่องจากการตัดแต่งระดับเวเฟอร์
- ทำงานตั้งแต่ 4 ถึง 30 โวลต์
- ความร้อนในตัวต่ำ
- ± 1 / 4˚Cของความไม่เป็นเชิงเส้นทั่วไป
การทำงานของ LM35:
- LM35 สามารถเชื่อมต่อได้อย่างง่ายดายในลักษณะเดียวกับเซ็นเซอร์อุณหภูมิวงจรรวมอื่น ๆ สามารถติดหรือติดกับพื้นผิวได้และอุณหภูมิจะอยู่ในช่วง0.01˚Cของอุณหภูมิพื้นผิว
- สิ่งนี้สันนิษฐานว่าอุณหภูมิของอากาศโดยรอบจะใกล้เคียงกับอุณหภูมิพื้นผิวหากอุณหภูมิของอากาศสูงหรือต่ำกว่าอุณหภูมิพื้นผิวมากอุณหภูมิที่แท้จริงของแม่พิมพ์ LM35 จะอยู่ที่อุณหภูมิกลางระหว่างอุณหภูมิพื้นผิวและอากาศ อุณหภูมิ.
เซ็นเซอร์อุณหภูมิมีการใช้งานที่รู้จักกันดีในด้านการควบคุมสิ่งแวดล้อมและกระบวนการและในการทดสอบการวัดและการสื่อสาร อุณหภูมิดิจิตอลคือเซ็นเซอร์ซึ่งให้การอ่านค่าอุณหภูมิ 9 บิต เซนเซอร์วัดอุณหภูมิแบบดิจิตอลให้ความแม่นยำที่ยอดเยี่ยมซึ่งออกแบบมาเพื่ออ่านค่าตั้งแต่ 0 ° C ถึง 70 ° C และสามารถบรรลุความแม่นยำ± 0.5 ° C ได้ เซ็นเซอร์เหล่านี้สอดคล้องกับการอ่านอุณหภูมิดิจิตอลในหน่วยองศาเซลเซียสอย่างสมบูรณ์
- เซนเซอร์จับอุณหภูมิแบบดิจิตอล: เซนเซอร์วัดอุณหภูมิแบบดิจิตอลช่วยขจัดความจำเป็นสำหรับส่วนประกอบเพิ่มเติมเช่นตัวแปลง A / D ภายในแอปพลิเคชันและไม่จำเป็นต้องปรับเทียบส่วนประกอบหรือระบบที่อุณหภูมิอ้างอิงเฉพาะตามความจำเป็นเมื่อใช้เทอร์มิสเตอร์ เซนเซอร์วัดอุณหภูมิแบบดิจิทัลจัดการกับทุกสิ่งช่วยให้ฟังก์ชันการตรวจสอบอุณหภูมิพื้นฐานของระบบง่ายขึ้น
ข้อดีของเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิแบบดิจิตอลคือมีเอาต์พุตความแม่นยำเป็นองศาเซลเซียส เอาต์พุตเซนเซอร์เป็นการอ่านแบบดิจิตอลที่สมดุล สิ่งนี้ไม่ได้ตั้งใจให้ส่วนประกอบอื่น ๆ เช่นตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอลและใช้งานง่ายกว่าเทอร์มิสเตอร์ธรรมดาที่ให้ความต้านทานแบบไม่เป็นเชิงเส้นพร้อมการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ
ตัวอย่างของเซ็นเซอร์อุณหภูมิดิจิตอลคือ DS1621 ซึ่งให้การอ่านค่าอุณหภูมิ 9 บิต
คุณสมบัติ DS1621:
- ไม่จำเป็นต้องมีส่วนประกอบภายนอก
- วัดช่วงอุณหภูมิ-55⁰Cถึง + 125⁰Cในช่วง0.5⁰
- ให้ค่าอุณหภูมิเป็นการอ่านแบบ 9 บิต
- ช่วงแหล่งจ่ายไฟกว้าง (2.7V ถึง 5.5V)
- แปลงอุณหภูมิเป็นคำดิจิตอลในเวลาน้อยกว่าหนึ่งวินาที
- การตั้งค่าอุณหภูมิสามารถกำหนดได้โดยผู้ใช้และไม่ลบเลือน
- มันคือ DIP 8 พิน
คำอธิบายพิน:
- SDA - อินพุต / เอาต์พุตข้อมูลอนุกรม 2 สาย
- SCL - นาฬิกาอนุกรม 2 สาย
- GND - กราวด์
- TOUT - สัญญาณเอาต์พุตเทอร์โมสตัท
- A0 - การป้อนที่อยู่ชิป
- A1 - การป้อนที่อยู่ชิป
- A2 - การป้อนที่อยู่ชิป
- VDD - แรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ
การทำงานของ DS1621:
- เมื่ออุณหภูมิของอุปกรณ์สูงกว่าอุณหภูมิที่ผู้ใช้กำหนดสูงเอาต์พุต TOUT จะทำงาน เอาต์พุตจะยังคงทำงานจนกว่าอุณหภูมิจะลดลงต่ำกว่าอุณหภูมิที่ผู้ใช้กำหนด LOW
- การตั้งค่าอุณหภูมิที่ผู้ใช้กำหนดจะถูกบันทึกไว้ในหน่วยความจำที่ไม่ลบเลือนดังนั้นจึงอาจถูกตั้งโปรแกรมไว้ก่อนที่จะแทรกในระบบ
- การอ่านค่าอุณหภูมิมีให้ในการอ่านแบบ 9 บิตสองค่าโดยใช้คำสั่ง READ TEMPERATURE ในการเขียนโปรแกรม
- อินเทอร์เฟซแบบอนุกรม 2 สายใช้สำหรับอินพุตไปยัง DS16121 สำหรับการตั้งค่าอุณหภูมิและเอาต์พุตของการอ่านอุณหภูมิจาก DS1621
เครดิตภาพ:
- เซ็นเซอร์อุณหภูมิโดย วิกิมีเดีย
