Схема подключения датчика температуры

Содержание

Подключение датчика температуры DS18B20 к микроконтроллеру

Схема подключения датчика температуры
Собственно он стоит но толком ничего не показывает. Установлен указатель от ВАЗ, а вот датчик температуры — родной рено рапид.

Сопротивление у указателя и у датчика разное — как результат указатель, грубо говоря, показывает среднюю температуру на луне. Вазовский датчик, вроде как не подходит (чисто визуально по диаметру больше + резьба под конус).

Теперь собственно, вопрос к знающим людям — какой датчик поставить вместо штатного, чтобы показания указателя были верными.

Ну и немного фото и схема подключения всего этого. Возможно будет полезно.

Белый провод и белый с черным — идут на лампочку подсветки указателя (подключил так — белый с черным — на массу, а белый — на габариты на стрекозе. Получается свет включил — указатель светится)

Зеленый — на датчик температуры, который стоит на двигателе (стоит с левой стороны за помпой ближе к салону)

Оранжевый на любой плюс от замка зажигания (напрямую на аккум не бросайте, а то он будет работать постоянно, независимо от того включено ли зажигание). К белому проводу тоже подключать не стоит — как только включите габариты — будет врать (у меня постоянно показывал температуру 120 градусов)

Так же поставил родной расширительный бачок, вместо ВАЗовской фигни.

Датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ) – это важный элемент системы управления двигателем, который контролирует температуру ОЖ в системе охлаждения. Блок управления двигателем получает информацию от ДТОЖ и в соответствии с ней корректирует состав топливно-воздушной смеси, частоту вращения коленвала, а также угол опережения зажигания.

Зонирование

Художники-оформители не советуют поддаваться веяниям моды и копировать дизайнерские идеи без учета габаритов, расположения и других нюансов. Перед началом планировки и расстановки мебели продумывают каждую деталь.

Есть несколько простых правил, которых советуют придерживаться мастера:

  • Пусть в комнате будет естественного освещения. Для этого сносят лишние стены (кроме несущих).
  • Если комнаты в квартире небольшие (12 кв м или 16 кв м), планировка кухни, совмещенной со столовой, станет правильным решением.
  • Если вентиляционная система спланирована неправильным образом, запах еды будет распространяться в квартире.

Как формируются и передаются тревожные сигналы Th и Tl

После выполнения трансформации показаний температуры в 16-битный код полученное число сравнивается со значениями Th и Tl, расположенными в регистре памяти (EEPROM) микропроцессора, а именно второй и третий байты. Структура регистров Th и Tl будет выглядеть следующим образом:

Если полученные данные, 11–4 биты регистра, превышают Th или же ниже параметра Tl, то формируется сигнал аварии на микросхеме. Но на этом измерения не прекращаются, и в случае снижения Th ниже или Tl выше заданного диапазона условие «Авария» сбрасывается.

Если же необходимо самостоятельно выявить один из датчиков, который выдает сигнал «Тревога», то микроконтроллер с помощью команды ECh выполнит тестирование каждого датчика. В случае изменения параметров Th и Tl, выше или ниже занесенных в регистр значений, выдаст код устройства с нарушениями температурного режима.

Перегородки

Интерьер кухни и гостиной начинают продумывать со стыковки двух зон.

    Вот некоторые из способов и предметов, которые разграничивают пространство:

  • установка барной стойки;
  • кухонный остров;
  • большой стол;
  • монтаж невысокой перегородки.

Дизайнеры советуют устанавливать широкую стойку, поскольку за ней можно будет сидеть, как за обычным столом, а высокие стулья вполне подойдут для всей семьи.

Однако в комнатах небольшого размера (16 кв м) устанавливают узкие стойки.Кухонные острова удобны в использовании, однако подходят только для больших кухонь-столовых (25 кв м или 30 кв м). Капитальные невысокие перегородки ставят только если заранее решено, для чего их будут использовать (к примеру, как подставку под телевизор).

Как” проверить датчик температуры охлаждающей жидкости?

Для того чтобы проверить устройство, его необходимо сначала снять.

https://www.youtube.com/watch?v=AGRzO8Cw7aM

Провести демонтаж очень просто:

  1. как правило, датчик располагается на патрубке ГБЦ и чтобы его снять, сначала нужно демонтировать воздушный фильтр ;
  2. потом снимается минусовый провод с аккумулятора;
  3. сливается охлаждающая жидкость из радиатора;
  4. от прибора отключается проводка;
  5. с помощью подходящего ключа (чаще всего 19–21) ослабляется затяжка , после чего датчик легко демонтируется.

После того как датчик сняли, его помещают в ёмкость с охлаждающей жидкостью и начинают её постепенно нагревать. Процесс сопровождается постоянным контролем над температурой и показаниями омметра, который подключён к датчику.

Существует специальная таблица соответствия температуры охлаждающей жидкости к показателям омметра.

Температура, °CСопротивление, ОмНапряжение, В
4800 — 66004,00 — 4,50
1040003,75-4,00
202200 — 28003,00 — 3,50
3013003,25
401000-12002,50 — 3,00
5010002,50
608002,00-2,50
80270 — 3801,00-1,30
1100,50
разрыв цепи5,0 + 0,1
замыкание на «землю»

Когда показания вашего устройства не сходятся с данными из таблицы, датчик необходимо заменить, так как ремонту он уже не подлежит.

В случае когда выяснилось, что датчик в рабочем состоянии, неисправность нужно искать дальше. Возможно, возникли какие-либо проблемы с термостатом.

Пример, как проверить датчик температуры охлаждающей жидкости вы можете увидеть, просмотрев данное видео:

Отделка

Если в кухне, совмещенной с гостиной, будет одинаковое напольное покрытие, то нет особых правил для проведения работ. При комбинировании разных материалов заранее учитывают, где они будут стыковаться.

Например, ламинатное покрытие образует некрасивые стыки с плиткой. Главное, чтобы пол был ровным без изогнутых состыковок, поскольку они будут заметны.

Кухонные шкафчики, закрепленные на стенах, должны достигать потолков. В некоторых случаях мастера «опускают» потолок гипсокартоном.

Подключение LMT01 к ATiny25

Рис. 13. Макет и схема подключения LMT01 к микроконтроллеру ATiny25

Рис. 14. Подключение LMT01 к микроконтроллеру ATiny2Рис. 15. Осциллограммы сигналов на выводе 7 ATiny25
На рисунке 13 представлена схема и макет подключения LMT01 к микроконтроллеру ATiny25 в корпусе SOIC-8. В данном случае использовался дополнительный ключ на биполярном транзисторе. Использование транзистора позволяет подавать сигнал на любой цифровой порт входа микроконтроллера без компаратора. На рисунке 14 показана схема в работе. Пусть вас не смущает большая отладочная плата MSP432 – на ней используется лишь преобразователь UART/USB. В терминал выводится значение температуры без дробной части, что упрощает и сокращает код программы. Осциллограммы сигналов с LMT01 можно посмотреть на рисунке 15.Программа для ATiny25 написана на Си (GCC) и использует счет импульсов по прерываниям со входа INT0. Тактовая частота – 8 МГц. Для отсчета временных интервалов задействован таймер TIMER1.Исходный проект “LMT01 demo programm for ATtiny25 MCU” и дополнительную информацию можно найти в архиве примеров кода для LMT01.

Предметы мебели

Несколько примеров меблировки кухни, объединенной с гостиной:

  1. 1. Диван. Он становится предметом, который зонирует пространство. Диван ставят спинкой к тому месту, где готовят еду. В небольшие комнаты (менее 20 кв м) ставят уголок, который располагают у стены, установленной перпендикулярно или параллельно от кухни.
  2. 2. Гарнитур. По мнению дизайнеров, минималистичные модели без вычурных деталей смотрятся современно. Сервиз, вазы или бокалы ставят на открытой полке. Для них можно купить модную витрину. Мебель ставят возле стены. Если пространство большое (20 кв м, 25 кв м или 30 кв м), то в центральной части можно установить остров, в котором есть и отделы для кухонных приборов.
  3. 3. Комплект мебели. Стиль должен сочетаться с оформлением обеих комнат. В малогабаритных помещениях хорошо смотрится компактный столик и стулья, сделанные в из прозрачного материала или окрашенные в светлые цвета. В интерьер гостиной можно поставить стол с круглой столешницей. В просторных помещениях комплект устанавливают возле стенки или в центральной части. Здесь будет хорошо смотреться вытянутый обеденный стол прямоугольной формы.

Проверка датчика температуры охлаждающей жидкости

Если осмотр не дал результатов, необходимо измерить сопротивление и напряжение датчика при различных температурах

. После запуска холодного двигателя по мере его прогрева сопротивление должно падать (или повышаться – в случае положительного температурного коэффицента датчика) в соответствии с нормальными показателями.

Проверку датчика температуры охлаждающей жидкости можно выполнить самостоятельно

Нормальные показатели сопротивления и напряжения для датчика температуры охлаждающей жидкости с отрицательным температурным коэффициентом

Температура ОЖ (°С)Сопротивление (Ом)Напряжение (В)
4800 – 66004,00 – 4,50
1040003,75-4,00
202200 – 28003,00 – 3,50
3013003,25
401000-12002,50 – 3,00
5010002,5
608002,00-2,50
80270 – 3801,00-1,30
1100,5
разрыв цепи5,0 ±0,1
замыкание на «землю»

Нормальные показатели сопротивления и напряжения для ДТОЖ с положительным температурным коэффициентом

AutoOt.ru » Ремонт авто » Где находится датчик температуры охлаждающей жидкости?

Многоуровневый пол

Для зонирования пространства мастера монтируют полы на разном уровне. Они советуют устанавливать подиум для разграничения кухни и столовой. Этот вариант считается одним из самых практичных, поскольку, кроме прочего, у хозяев дополнительное свободное место, где можно что-нибудь прятать.

Для этого удобно использовать коробки или ящики. Хорошо будут выглядеть плетеные корзиночки. Но такое пространство может оставаться свободным.

Для подиумов подбирают надежные материалы, которые могут выдержать большие нагрузки. Обычно строители делают деревянные или металлически подиумы.

Однако такую конструкцию не стоит делать, если в семье есть маленькие дети, так как подиум может стать для него препятствием. Кроме того, можно использовать различные покрытия для пола.

Они будут зонировать пространство между гостиной с кухней и защитят подиум от повреждений. К пример, в кухонной зоне укладывают плитку, в столовой — ламинатное покрытие. Главное подобрать цвета и фактуры, правильно сочетать отделку.

Термопара

Датчик включает в себя две проволоки из разных металлов, спаянных между собой. Для отношения концов друг с другом в зоне постоянной температуры, в конструкцию добавляют удлиняющие провода из двух металлов.

Когда на концы проводов действуют разные температуры (например, при помещении датчика в горячую воду), то в цепи появляется электрический ток.

Сила возникшего тока (от 40 до 60 мкВ) зависит от используемого материала термопары, который влияет на термоэлектрическую силу прибора.

В практике можно встретить железоникелевые, хромоалюминиевые, медно-константановые и так далее. В дешевых моделях используются неблагородные металлы (аналогичных термоэлектродам) для удлиняющих проводов, а в дорогих – благородные металлы, которые способы развивать аналогичную термо-ЭДС, что и электроды (необходимо для уменьшения стоимости высококлассным приборов).

Термопара относится к датчикам с высокой точностью. Проблемой устройства является сложность получения замеренного значения. Термопара действует по принципу относительности отличия температур между разъемами. Горячий спай помещается в замеряемое вещество, а холодный остается находиться в окружающей среде.

Датчики температуры

Схема подключения датчика температуры

Датчики температуры применяются во многих производственных и не только процессах и на сегодняшний день они являются одними из самых востребованных измерительных приборов. В этой статье я бы хотел рассказать о классификации температурных датчиков, особенностях различных типов, схемах подключения.

Как понятно из названия, главная задача датчиков данного типа — контроль температуры самых различных объектов.

Это и температура воздуха, температура различных жидкостей, газов, твердых тел и еще многое другое.

Благодаря востребованности температурных измерений они находят самое широкое применение в самых разных областях — от систем управления автоматизации техпроцессов до применения в бытовом секторе.

https://www.youtube.com/watch?v=d21IlPV799ou0026t=160s

Несмотря на все различия и особенности применения, в основе работы всех датчиков температуры лежит принцип преобразования измеряемой температуры в некий электрический сигнал. А вот что это будет за сигнал, зависит уже непосредственно от вида датчика.

Виды датчиков температуры

Термосопротивления (ТС, RTD, Термометры сопротивления) — работа данного типа датчиков основана на изменении электрического сопротивления материалов в зависимости от внешней температуры. Такая зависимость называется номинальной статической характеристикой НСХ.

Основными материалами, из которых изготавливаются датчики являются платина, либо медь, иногда никель. Данные материалы обладают высоким температурным коэффициентом сопротивления и близкой к линейной зависимостью сопротивления от температуры.

Наиболее часто встречаются датчики типа Pt100, Pt500, Pt1000, 50П, 100П, 50М, 100М .

Буквы, указанные в характеристике обозначают материал, который лежит в основе датчика (Pt, П — платина, М — Медь), цифры обозначают сопротивление датчика при 0 градусов Цельсия.

Основными техническими характеристиками, на которые стоит обращать внимание при выборе термосопротивлений, являются точность измерений (класс допуска), диапазон измерений температур, номинальная статическая характеристика.

Полупроводниковые термосопротивления (Терморезисторы, Термисторы) –  принцип работы данного вида термосопротивлений также основан на изменении сопротивления в зависимости от температуры, но в отличии от предыдущего вида он может иметь как прямую, так и обратную характеристику в зависимости от типа:

PTC (Positive Temperature Coefficient ) — термисторы с положительным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС). Для данного типа характерно свойство резко увеличивать свое сопротивление при достижении заданной температуры

NTC (Negative Temperature Coefficient) — термисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС) . Являются противоположностью PTC, при достижении заданной температуры их сопротивление резко уменьшается

Датчики на основе данных типов термисторов обладают большим температурным коэффициентом, но при этом имеют нелинейную характеристику.

Термопары ( Термоэлектрические преобразователи) — в основе работы данного типа лежит термоэлектрический эффект или эффект Зеебека.

Он основан на возникновении при нагреве термо-ЭДС между концами двух разнородных по составу проводников, соединенных между собой.

Под действием термо-ЭДС в замкнутой цепи начинает протекать электрический ток, пропорциональный разности температур.

Цепь, состоящая из двух различных проводников, или как их называют термоэлектродов, и будет называться термопарой. Спаянные концы проводников носят название горячий или рабочий спай, свободные концы проводников холодным спаем.

Термо-ЭДС будет зависеть от разности температур между горячим и холодным спаями, а также от материала проводников. Подключив измерительный прибор к свободным концам, можно измерить разность потенциалов между двумя проводниками.

При этом для компенсации погрешности нам необходимо знать температуру холодного спая.

В качестве материалов для проводников термопар широко используются хромель, платина, родий, константан, медь, железо, копель, алюмель. У любого соединения двух определённых сплавов есть своя зависимость между измеряемой температурой и напряжением на выходе термопары.

Обязательно надо отметить, что подключение термопар должно производиться компенсационными проводами, выполненными из тех же материалов, что и термопара, при этом соблюдая полярность подключения.

Обычный медный провод в данном случае не подходит, так как создает дополнительную термо-ЭДС и тем самым вносит значительную погрешность в измерения.

Обычно изоляция жил и оболочка провода в зависимости от материала маркируется разными цветами.

Цвет оболочки компенсационных проводов

ХА — Хромель-АлюмельБелый, Зеленый
ХК — Хромель-КопельФиолетовый
НН — Нихросил-НисилСиний
МКн — Медь-КонстантанКоричневый
ЖК — Железо-КонстантанЧерный

Цвет изоляции жил компенсационных проводов

ХромельФиолетовый, Черный
АлюмельБелый
КопельЖелтый, Оранжевый
МедьКрасный, Розовый
КонстантанКоричневый
ЖелезоЧерный
НихросилСиний

Ниже приведена таблица соответствия буквенных и цветовых обозначений согласно международному стандарту IEC 584-3.

Некоторые сплавы, такие как копель, которые широко распространены у нас, в международном стандарте не указаны, так как не применяются при изготовлении термопар.

Термопары, наряду с термосопротивлениями, наиболее широко используются в различных промышленных технологических процессах. Во многом это объясняется их широким температурным диапазоном, кроме того, по сравнению с другими типами контактных датчиков, они способны выдерживать самые высокие температуры, что делает их порой просто незаменимыми.

Бесконтактные (Инфракрасные пирометры) — работа датчиков данного типа основана на способности тел излучать электромагнитную энергию в инфракрасном диапазоне.

Хотя бесконтактные датчики применяются реже чем те же термопары или термосопротивления в следствии ряда причин, а именно их стоимости, чувствительности к состоянию измеряемой поверхности и т.д.

, тем не менее на сегодняшний день они все чаще используются в различных областях промышленности благодаря своим несомненным преимуществам — малое время отклика, соответственно высокое быстродействие, измерение температур в труднодоступных и опасных местах, измерение высоких температур вплоть до +3000°C.

Все вышеперечисленные виды датчиков, в той или иной степени, широко используются в различных технологических процессах. Помимо них существуют и другие виды температурных датчиков, например акустические или пьезоэлектрические, но их я рассматривать не буду, так как сталкиваться с ними приходилось очень редко.

Конструктивные особенности датчиков температуры

По типу исполнения температурные датчики представлены сегодня в различном исполнении. В первую очередь это зависит от вида датчика и его применения в той или иной области, но чаще всего встречаются двух типов: с кабельным выводом и с коммутационной головкой.

Датчик с кабельным выводом представляет собой чувствительный элемент, выполненный из меди или платины, заключенный в корпус из латуни либо нержавеющей стали и имеющий кабельный вывод определенной длины с ПВХ либо силиконовой изоляцией. Могут быть как погружного, так и накладного типа.

В зависимости от модели сама монтажная часть имеет разную длину, также могут иметь резьбовое крепление.

Датчики с коммутационной головкой конструктивно выполнены в виде гильзы с накидной гайкой, в которую вставлен чувствительный элемент и коммутационной головки с клеммными выводами.

Головки могут быть как пластиковыми, так и металлического исполнения. Кроме того головки могут быть стандартного или увеличенного исполнения. Увеличенные головки применяются для встраиваемых нормирующих преобразователей, преобразующих значение измеренной температуры в унифицированный выходной сигнал постоянного тока, как правило 4-20мА.

По типу защиты они могут быть обычного исполнения и взрывозащищенного, в этом случае в маркировке  присутствует обозначение Ex — знак соответствия стандартам взрывозащиты.

Также как и термосопротивления, термопары могут быть представлены в виде исполнения с коммутационной головкой и с кабельным выводом.

По исполнению рабочего спая относительно защитного корпуса бывают с изолированным рабочим спаем и неизолированным.

Для удобства монтажа в трубопроводы и быстрой замены датчика в случае необходимости, выпускается специальная арматура в виде бобышек и защитных гильз.

Бобышки ввариваются в трубопровод и в них вставляется защитная гильза, в которую уже в свою очередь вставляется датчик. Вместе с бобышкой в комплекте идет уплотнительная прокладка для обеспечения герметичности.

Схемы подключения датчиков температуры

У разных видов датчиков температуры различны и схемы подключения.

Так термосопротивления могут иметь 2-х проводную, 3-х проводную либо 4-х проводную схемы подключения. Такое разнообразие объясняется тем, что при измерении сопротивления датчика присоединенные провода имеют собственное сопротивление, которое вносит погрешность в измерения, особенно это актуально при измерении на больших расстояниях.

В случае двухпроводной схемы влияние этого дополнительного сопротивления не компенсируется, поэтому такую схему можно использовать там, где не требуется высокая точность измерений, либо на небольших расстояниях кабельных трасс.

Для уменьшения погрешности измерения применяют трехпроводную схему.

При такой схеме измеряется общее сопротивление датчика с проводами и сопротивление двух проводов и затем вычисляется разность этих значений, тем самым получается точное измеренное сопротивление датчика.

Данная схема позволяет получить довольно высокую точность измерения даже при значительном влиянии сопротивления проводов.

Но и в данной схеме может возникать погрешность измерения, связанная с разностью сопротивлений проводников из-за окисления контакта, неоднородности материалов, разного сечения проводов.

Четырехпроводная схема позволяет получить наиболее точные результаты измерений.

По такой схеме два провода подключаются к одному выводу датчика и два провода к другому выводу. На клеммы r1 и r4 подается измерительный ток от источника.

Падение напряжения измеряется на клеммах r2 и r3, при этом если входное сопротивление измерительного прибора значительно больше сопротивления проводов (ток по этим измерительным проводам почти не течет) то значение этих сопротивлений практически не влияет на результат измерений.

Термопары подключаются к измерительным приборам по двухпроводной схеме компенсационными проводами, с соблюдением полярности подключения. Возможно также вместо компенсационных использовать провода, состоящих из материалов, сходных по своим термоэлектрическим характеристикам к материалам, из которых изготовлена термопара.

Датчики на основе PTC и NTC термисторов подключаются по стандартной двухпроводной схеме экранированным кабелем.

Также помимо перечисленных схем измерения часто применяют нормирующие преобразователи, которые преобразуют измеренное значение с датчика в унифицированный токовый сигнал 0…5 мА, 0…20 мА, 4…20 мА, реже в сигнал напряжения 0…5 В, 0…10 В.

Такой способ передачи позволяет добиться высокой помехоустойчивости сигнала, усиления слабого сигнала с первичных датчиков, работать с сигналами с разным потенциалом за счет гальванической изоляции, передавать сигнал без потерь на значительные расстояния, обеспечить унификацию всех сигналов. Также в случае с термопарами, не требуется использование дорогостоящих компенсационных проводов, достаточно обычной медной пары.

Преобразователи могут быть выполнены в виде таблетки, встраиваемой в головку датчика, так и в виде отдельно устанавливаемого прибора.

Так как статья получилась довольно объемной и больше теоретической, примеры работы температурных датчиков с реальными устройствами, такими как ПЛК, терморегуляторы, Arduino, я оставлю на следующий раз.

Датчики температуры Arduino

Схема подключения датчика температуры

В этой статье мы рассмотрим популярные датчики температуры для Arduino ds18b20, dht11, dht22, lm35, tmp36. Как правило, именно эти датчики становятся основой для инженерных проектов начального уровня для Arduino. Мы рассмотрим также основные способы измерения температуры, классификацию датчиков температуры и приведем сравнение различных датчиков в одной таблице.

Описание датчиков температуры

Температурные датчики предназначены для измерения температуры объекта или вещества с помощью свойств и характеристик измеряемой среды. Все датчики работают по-разному. По принципу измерения эти устройства можно разделить на несколько групп:

  • Термопары;
  • Термисторы;
  • Пьезоэлектрические датчики;
  • Полупроводниковые датчики;
  • Цифровые датчики;
  • Аналоговые датчики.

По области применения можно выделить датчики температуры воздуха, жидкости и другие. Они могут быть как наружные, так и внутренние.

Любой температурный датчик можно описать набором характеристик и параметров, которые позволяют сравнивать их между собой и выбирать подходящий под конкретную задачу вариант. Основными характеристиками являются:

  • Функция преобразования, т.е. зависимость выходной величины от измеряемого значения. Для датчиков температуры этот параметр измеряется в Ом/С или мВ/К.
  • Диапазон измеряемых температур.
  • Метрологические параметры – к ним относятся различные виды погрешностей.
  • Срок службы.
  • Время отклика.
  • Надежность – рассматриваются механическая устойчивость и метрологическая стойкость.
  • Эксплуатационные параметры – габариты, масса, потребляемая мощность, стойкость к агрессивному воздействию среды, стойкость к перегрузкам и другие.
  • Линейность выходных значений.

Датчики температуры по типу

  1. Термопары. Принцип действия термопар основывается на термоэлектрическом эффекте. Представляет собой замкнутый контур из двух проводников или полупроводников. В контуре возникает электрический ток, когда на месте спаев появляется разность температур.

    Чтобы измерить температуру, один конец термопары помещается в среду для измерения, а второй требуется для снятия значений. На спаях возникают термоЭДС E(t2) и E(t1), которые и определяются температурами t2 и t Результирующая термоЭДС в контуре будет равна разности термоЭДС на концах спаев E(t2)- E(t1).

    Термопары чаще всего выполняются из платины, хромеля, алюмеля и платинородия. Наибольшее распространение в России получили пары металлов ХА(хромель-алюмель), ТКХ(хромель – копель) и ТПП (платинородий-платина). Большим недостатком таких приборов является большая погрешность измерений. Из преимуществ можно выделить возможность измерения высоких температур – до 1300С.

  2. Терморезистивные датчики. Изготавливаются из материалов, обладающих высоким коэффициентом температурного сопротивления (ТКС). Принцип работы заключается в изменении сопротивления проводника в зависимости от его температуры. Такие приборы обладают высокой точностью, чувствительностью и линейностью измеренных значений.

    Основными характеристиками устройства являются номинальное электрическое сопротивление при температуре 25 С и ТКС. Терморезистивные датчики различаются по температурному коэффициенту сопротивления – бывают термисторы с отрицательным (NTC) и положительным (PTC, позисторы) ТКС. Для первых с ростом температуры уменьшается сопротивление, для позисторов – увеличивается.

    Терморезистивные датчики чаще всего применяются в электронике и машиностроении.

  3. Пьезоэлектрический датчик. Такое устройство работает на пьезоэффекте. Под воздействием электрического тока происходит изменение линейных размеров -прямой пьезоэффект. Когда подается разнофазный ток с определенной частотой, происходит колебание пьезорезонатора.

    Частота определяется температурой.  Зная полученную зависимость, можно определить необходимые данные о частоте и температуре. Диапазон измерения температуры широк, устройство обладает высокой точностью. Датчики чаще всего используются в научных опытах, которые требуют высокой надежности результатов.

  4. Полупроводниковый датчик.

    Измеряют в диапазоне от -55С до 150С. Принцип работы основан на зависимости изменения напряжения на p-n-переходе от температуры. Так как эта зависимость практически линейна, есть возможность создать датчик без сложной схемы. Но для таких приборов схема содержит одиночный p-n-переход, поэтому датчик отличается большим разбросом параметров и невысокой точностью.

    Исправить эти недостатки получилось в аналоговых полупроводниковых датчиках.

  5. Аналоговый датчик. Приборы стоят дешево и обладают высокой точностью измерения, что позволяет их применять в микроэлектронике. В схеме содержатся 2 чувствительных элемента (транзистора), обладающих различными характеристиками.

    Выходной сигнал – это разность между падениями напряжений на транзисторах. При помощи калибровки датчика внешними цепями можно увеличить точность измерения, которая находится в диапазоне от +-1С до +-3С. Датчики обладают тремя выходами, один из них используется для калибровки.

  6. Цифровой датчик.

    В отличие от аналогового датчика цифровой содержит дополнительные элементы – встроенный АЦП и формирователь сигнала. Подключаются по интерфейсам SPI, I2C, 1-Wire, что позволяет подключать сразу несколько датчиков к одной шине. Подобные устройства стоят немного дороже аналоговых, но при этом они значительно упрощают схемотехнику устройства.

  7. Существуют и другие датчики температуры. Например, для автоматических систем могут применяться сигнализаторы, также существуют пирометры, измеряющие энергию тела, которую оно излучает в окружающую среду. В медицине нередко используются акустические датчики – их принцип работы заключается в разности скорости звука при различных температурах.

    Эти датчики удобно применять в закрытых полостях и в недоступных средах. Похожие датчики – шумовые, они работают на зависимости шумовой разности потенциалов на резисторе от температуры.

Выбор датчика в первую очередь определяется температурным диапазоном измерения. Важно учитывать и точность измерения – для обучения вполне сойдет датчик с малой точностью, а для научных работ и опытов требуется высокая надежность измерения.

Датчики температуры для работы с Ардуино

При работе с микроконтроллером Ардуино наиболее часто используются следующие датчики температуры: DS18B20, DHT11, DHT22, LM35, TMP36.

Датчик температуры DS18B20

DS18B20 – цифровой 12-разрядный температурный датчик. Устройство доступно в 3 вариантах корпусов – 8-Pin SO (150 mils), 8-Pin µSOP, и 3-Pin TO-92, чаще всего используется именно последний. Он же изготавливается во влагозащитном корпусе с тремя выходами.

Датчик прост и удобен в использовании, к плате Ардуино можно подключать сразу несколько таких приборов. А так как каждое устройство обладает своим уникальным серийным номером, они не перепутаются в результате измерения. Важной особенностью датчика является возможность сохранять данные при выключении прибора.

Также DS18B20 может работать в режиме паразитного питания, то есть без внешнего питания через подтягивающий резистор. Подробная статья о ds18b20.

Датчики температуры DHT

DHT11 и DHT22 – две версии датчика DHT, обладающие одинаковой распиновкой. Разливаются по своим характеристикам. Для DHT11 характерно определение температуры в диапазоне от 0С до 50С, определение влажности в диапазоне 20-80% и частота измерений 1 раз в секунду.

Датчик DHT22 обладает лучшими характеристиками, он определяет влажность 0-100%, температурный диапазон увеличен – от -40С до 125С, частота опроса 1 раз за 2 секунды. Соответственно, стоимость второго датчика дороже. Оба устройства состоят из 2 основных частей – это термистор и датчик влажности.

Приборы имеют 4 выхода – питание, вывод сигнала, земля и один из каналов не используется. Датчик DHT11 обычно используется в учебных целях, так как он показывает невысокую точность измерений, но при этом он очень прост в использовании. Другие технические характеристики устройства: напряжение питания от 3В до 5В, наибольший ток 2,5мА.

Для подключения к ардуино между выводами питания и выводами данных нужно установить резистор. Можно купить готовый модуль DHT11 или 22 с установленными резисторами.

Датчик температуры LM35

LM35 – интегральный температурный датчик. Обладает большим диапазоном температур (от -55С до 150С), высокой точностью (+-0,25С) и калиброванным выходом. Выводов всего 3 – земля, питание и выходной мигнал. Датчик стоит дешево, его удобно подключать к цепи, так как он откалиброван уже на этапе изготовления, обладает низким сопротивлением и линейной зависимостью выходного напряжения.

Важным преимуществом датчика является его калибровка по шкале Цельсия. Особенности датчика: низкая стоимость, гарантированная точность 0,5С, широкий диапазон напряжений (от 4 до 30В) ток менее 60мА, малый уровень собственного разогрева (до 0,1С), выходное сопротивление 0,1 Ом при токе 1мА. Из недостатков можно выделить ухудшение параметров при удалении на значительное расстояние.

В этом случае источниками помех могут стать радиопередатчики, реле, переключатели и другие устройства. Также существует проблема, когда температура измеряемой поверхности и температура окружающей среды сильно различаются. В этом случае датчик показывает среднее значение между двумя температурами.

Чтобы избавиться от этой проблемы, можно покрыть поверхность, к которой подключается термодатчик, компаундом.

https://www.youtube.com/watch?v=7LoHR0CvF8o

Схема подключения к микроконтроллеру Ардуино достаточно проста. Желательно датчик прижимать к контролируемой поверхности, чтобы увеличить точность измерения.

Примеры применения:

  • Использование в схемах с развязкой по емкостной нагрузке.
  • В схемах с RC цепочкой.
  • Использование в качестве удаленного датчика температуры.
  • Термометр со шкалой по Цельсию.
  • Термометр со шкалой по Фаренгейту.
  • Измеритель температуры с преобразованием напряжение-частота.
  • Создание термостата.

TMP36 – аналоговый термодатчик

Датчик температуры Использует технологии твердотельной электроники для определения температуры. Устройства обладают высокой точностью, малым износом, не требуют дополнительной калибровки, просты в использовании и стоят недорого. Измеряет температуру в диапазоне от -40С до 150С.

Параметры схожи с датчиком LM35, но TMP36 имеет больший диапазон чувствительности и не выдает отрицательное значение напряжения, если температура ниже нуля. Напряжение питания от 2,7В до 5,5В. Ток – 0.05мА.

При использовании нескольких датчиков может возникнуть проблема, при которой полученные данные будут противоречивы. Причиной этого являются помехи от других термодатчиков. Чтобы исправить эту неполадку нужно увеличить задержку между записью измерений.

Низкое выходное сопротивление и линейность результатов позволяют подключать датчик напрямую к схеме контроля температуры. TMP36 также, как и LM34 обладает малым нагревом прибора в нормальных условиях.

Сравнение характеристик датчиков температуры Ардуино

НазваниеТемпературный диапазонТочностьПогрешностьВариант исполненияБиблиотека
DS18B20-55С…125С+-0.0625С+-2%Существует в 3 видах –  8-Pin SO (150 mils), 8-Pin µSOP, и 3-Pin TO-92, последний изготавливается во влагозащитном корпусе.Onewire.h
DHT110С…50С+-2С+-2% температура, +-5% влажностьИзготавливается в виде готового прямоугольного модуля с 4 ножками, третья не используется. Также встречаются модули с тремя ножками и сразу установленным резистором на 10 кОм.DHT.h
DHT22-40С…125С+-0,5С+-0,5% температура, от +-2 до +-5% влажностьDHT.h
LM35-55С…150С+-0.5С (при 25С)+-2%Существует несколько видов корпуса: TO-46 (для датчиков LM35H, LM35AH,LM35CH, LM35CAH,LM35DH)TO-92 (для датчиков LM35CZ, LM35CAZ,LM35DZ)SO-8 для датчика LM35DMTO-220 для датчика LM35DT.
TMP36-40С…150С+-1С+-2%Изготавливается в трехвыводном корпусе TO-92, восьмивыводном SOIC и пятивыводном SOT-23.

Датчики температуры: типы, устройство, принцип работы, схемы подключения

Схема подключения датчика температуры

Контроль температуры повсеместно задействуется в технологических процессах, позволяя выбирать подходящий режим работы или отслеживать изменения состояния материала.

Температурный режим одинаково важен как при включении духовки на кухне, так и в доменных печах при плавлении стали, а отклонение от нормальной работы может привести к аварии и травмированию людей.

Чтобы избежать неприятных последствий и обеспечить возможность регулирования степени нагрева используется датчик температуры.

Разновидности, устройство и принцип работы

В ходе развития и совершенствования технологий датчик температуры, как измерительное приспособление, претерпел множественные изменения и модернизации. Благодаря чему сегодня они представлены в большом разнообразии, которые можно разделить по нескольким критериям.

Так, в зависимости от способа передачи и отображения данных об измерениях температуры они подразделяются на цифровые и аналоговые.

Цифровые устройства являются более современным решением, так как информация в них отображается на дисплее и передается по электронным каналам коммуникации, аналоговые имеют циферблатное отображение данных, электрический или механический способ передачи измерений.

В зависимости от принципа действия все датчики можно подразделить на:

  • термоэлектрические;
  • полупроводниковые;
  • пирометрические;
  • терморезистивные;
  • акустические;
  • пьезоэлектрические.

Термоэлектрические

В основе работы термоэлектрического датчика лежит принцип термопары (см. рисунок 1) – у всех металлов существует определенная валентность (количество свободных электронов на внешних атомарных орбитах, не задействованных в жестких связях).

При воздействии внешних факторов, сообщающих свободным электронам дополнительную энергию, они могут покинуть атом, создавая движение заряженных частиц.

В случае совмещения двух металлов с различным потенциалом выхода электронов и последующим нагреванием места соединения возникнет разность потенциалов, получившая название эффекта Зеебека.

Рис. 1. Устройство термопары

На практике применяется несколько разновидностей термоэлектрических датчиков температуры, так, согласно п.1.1  ГОСТ Р 50342-92 они подразделяются на:

  • вольфрамрений-вольфрамрениевые (ТВР) – применяется в средах с большой рабочей температурой порядка 2000°С;
  • платинородий-платинородиевые (ТПР) – отличаются высокой себестоимостью и высокой точностью измерений, применяются я в лабораторных измерениях;
  • платинородий-платиновые (ТПП) – оснащаются защитной трубкой из металла и керамической изоляцией, обладают высоким температурным пределом;
  • хромель-алюмелевые (ТХА)  — широко применяются в промышленности, способны охватывать диапазон температуры до  1200°С, используются в кислых средах;
  • хромель-копелевые (ТХК) –  характеризуются средним температурным показателем, монтируются только в неагрессивных средах;
  • хромель-константановые (ТХК) — актуальны для газовых смесей и разжиженных аэрозолей нейтрального или слабокислого состава;
  • никросил-нисиловые (ТНН) – применяются для устройств среднего температурного диапазона, но обладают длительным сроком эксплуатации;
  • медь-константановые (ТМК) – характеризуется наименьшим пределом измерений до 400°С, но отличается устойчивостью к влаге и некоторым категориям агрессивных сред;
  • железо-константановые (ТЖК) – применяются в среде с разжиженной атмосферой или вакуумного пространства.

Такое разнообразие температурных датчиков на основе термопары позволяет охватывать любые сферы человеческой деятельности.

Полупроводниковые

Изготавливаются на основе кристаллов с заданной вольтамперной характеристикой.

Такие датчики температуры работают в режиме полупроводникового ключа, аналогично классическому биполярному транзистору, где степень нагревания сравнима с подачей потенциала на базу.

При повышении температуры полупроводниковый датчик  начнет выдавать большее значение тока. Как правило, самостоятельно полупроводник не используется для измерения нагрева, а подключается через цепь усилителя (см. рисунок 2).

Рис. 2. Подключение полупроводникового датчика через усилитель

Отличаются широким диапазоном производимых измерений и возможностью подстройки датчика в соответствии с рабочими параметрами оборудования. Являются высокоточным типом, мало зависящим от продолжительности эксплуатации. Обладают небольшими габаритами, за счет чего легко устанавливаются в схемах, радиоэлементах и т.д.

Пирометрические

Работают за счет специальных датчиков – пирометров, которые позволяют улавливать малейшие температурные колебания рабочей поверхности любого предмета.

Непосредственно сам чувствительный элемент представляет собой матрицу, реагирующую на определенную частоту температурного диапазона. Этот принцип положен в основу измерений бесконтактным термометром, который получил широкое распространение в период борьбы с коронавирусом.

Помимо этого их применение активно используется для тепловизионного контроля конструктивных элементов, оборудования, зданий и сооружений.

Рис. 3. Принцип действия пирометрического датчика

Терморезистивные

Такие датчики температуры выполняются на основе терморезисторов – устройств с определенной зависимостью сопротивления от степени нагрева основного материала. С повышением температуры, изменяется и проводимость резистора, благодаря чему вы можете следить за состоянием нужного объекта.

https://www.youtube.com/watch?v=Z4LFMtJ4Tp8

Основным недостатком терморезистивного датчика  является малый диапазон измеряемой температуры, но он способен обеспечивать хороший шаг измерений и высокую точность в десятых и сотых долях градусов Цельсия. Из-за чего их нередко включают в цепь с применением усилителя, расширяющего рабочие пределы.

Акустические

Акустические датчики температуры функционируют по принципу определения скорости прохождения звуковых колебаний в зависимости от температуры материала или поверхности .

Непосредственно сам сенсор производит сравнение скорости звука, генерируемого источником, которая будет отличаться, в зависимости от степени нагрева (см. рисунок 4).

Такой тип является бесконтактным и позволяет производить замеры в труднодоступных местах или на объектах повышенной опасности.

Рис. 4. Звуковой датчик температуры

Пьезоэлектрические

Работа датчика основана на эффекте распространения колебаний кварцевого кристалла при прохождении электрического тока. Но, в зависимости от температуры окружающей среды, будет меняться и частота колебаний кристалла. Принцип фиксации температурных изменений заключается в измерении частоты колебаний и последующем сравнении с установленной градуировкой номиналов для разных температур.

Схемы подключения

Основные отличия в подключении датчика температур обуславливаются сферой его применения и конструктивными особенностями. Так, в рамках статьи, мы рассмотрим несколько наиболее распространенных и интересных вариантов. Таковыми является подключение с помощью двухпроводной и трехпроводной схемы.

Рис. 5. Двухпроводная схема подключения

На рисунке 5 приведен вариант двухпроводного присоединения измерительного устройства. Этот принцип рекомендуется для всех датчиков  температуры с небольшим расстоянием до контролируемого объекта. Так как сопротивление самого чувствительного элемента  Rt мало измениться от сопротивления соединительных проводников R1 и R2, соответственно, поправка на измерения будет минимальной.

Рис. 6. Трехпроводная схема подключения

При больших расстояниях, от 150 м и более, подключение датчика следует выполнять по трехпроводной схеме, в которой существенно снижается погрешность на сопротивление в проводах R1, R2, R3.

Рис. 7. Схема подключения датчика температуры двигателя Практически в каждом современном авто осуществляется постоянный контроль температурных параметров мотора. Поэтому использование датчика является обязательным требованием безопасности.

Согласно двухпроводной схемы (рисунок 7) датчик подключается одним выводом на отдельно стоящий концевик капота, который не имеет каких-либо подключений к цепи.

А второй вывод, подсоединяется к блоку сигнализации установленным порядком, в соответствии с моделью.

Рис. 8. Схема подключения цифрового датчика температуры

На рисунке 8 приведен пример включения цифрового датчика Dallas. Это модель с тремя выводами, первый из которых, согласно распиновки GND подключается к заземляющему выводу микроконтроллера, второй DATA к выводу PIN 2, а третий к клемме питания +5 В. Между третей и второй ножкой включается резистор на 4,7кОм.

Примение

Сфера применения датчиков температуры охватывает как бытовые приборы, так и оборудование общепромышленного назначения, сельскохозяйственную отрасль, военную промышленность, аэрокосмический сектор. Каждый из вас может встретить их у себя дома в нагревательных приборах – бойлерах, духовках, мультиварках или хлебопечках.

В тяжелой промышленности тепловые сенсоры позволяют контролировать степень нагрева печей, воздуха в рабочей области, состояние трущихся поверхностей. В медицине их используют для контроля температуры в труднодоступных местах или для упрощения различных процедур.

Многие автолюбители часто сталкиваются с анализаторами температуры, контролирующими состояние масла или другой охлаждающей жидкости. На сети железных дорог они позволяют отслеживать нагрев букс и колесных пар. В энергетике с их помощью обследуются контактные соединения и качество прилегания поверхностей.

Как подобрать?

При выборе датчика температуры необходимо руководствоваться такими критериями:

  • если датчик будет соприкасаться или располагаться внутри измеряемой среды, то берется контактная модель, если находиться вне объекта, то бесконтактная;
  • условия и состояние среды, в которой он будет функционировать (влажность, агрессивные вещества и т.д.) должны соответствовать возможностям датчика;
  • шаг и градуировка измерений должны обеспечивать удобную эксплуатацию и датчика, и оборудования;
  • если датчик подлежит замене в ходе эксплуатации, то устанавливаются сменные варианты;
  • при выборе датчика температуры для замены неисправного, лучше воспользоваться его VIN кодом;
  • предел рабочих температур должен охватывать все возможные значения нагрева, некоторые из них приведены в таблице ниже.

Таблица: температурные пределы датчиков термоэлектрического типа

ТипСоставДиапазон температур
Tмедь / константанот -250 °C до 400 °C
Jжелезо / константанот -180 °C до 750 °C
Eхромель / константанот -40 °C до 900 °C
Kхромель / алюмельот -180 °C до 1 200 °C
Sплатина-родий (10 %) / платинаот 0 °C до 1 700 °C
Rплатина-родий (13 %) / платинаот 0 °C до 1 700 °C
Bплатина-родий (30 %) / платина-родий (6 %)от 0 °C до 1 800 °C
Nнихросил / нисилот -270 °C до 1 280 °C
Gвольфрам / рений (26 %)от 0 °C до 2 600 °C
Cвольфрам-рений (5 %) / вольфрам-рений (26 %)от 20 °C до 2 300 °C
Dвольфрам-рений (3 %) / вольфрам-рений (25 %)от 0 °C до 2 600 °C

Использованная литература

  1. Виглеб Г  «Датчики», 1989
  2. Фрайден Дж «Современные датчики. Справочник» 2005
  3. Ананьева Н.Г., Ананьева М.С., Самойлов В.Н «Измерение температуры» 2015
  4. Дж. Вебстер «Справочник по измерениям, сенсорам и приборам» 2006
Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.