Схема датчика температуры

Схема датчика температуры

Все приборы, в которых используются проводники, требуют соблюдения определенного температурного режима. Очень часто, при повышении тока и напряжения, такие устройства перестают работать. Для того, чтобы избежать неприятных ситуаций, существует схема датчика температуры, применяемая в составе многих электронных приборов и устройств.

Использование термодатчика

Основной функцией датчика является своевременное обнаружение отклонений от температурного режима. При наступлении критического перегрева, термодатчик подает световой сигнал. Действие прибора основано на сравнении нормального напряжения с повышенным напряжением, возникающим при увеличении температуры.

Устройство оборудовано инвертирующим входом, соединенным через анод с кремниевым диодом, непосредственно выполняющим функцию термодатчика. Кроме того, здесь имеется неинвертирующий вход, подключенный к переменному резистору. Он предназначен для установки температурного порога, когда происходит срабатывание сигнализатора.

В случае изменения температуры в сторону увеличения, происходит падение напряжения на диоде. В этом случае, значение температурного коэффициента сопротивления будет отрицательным. Физические свойства датчика позволяют обнаруживать даже незначительные колебания температуры.

Дополнительные компоненты и схема датчика

Кроме основных диодных устройств, схема датчика температуры включает в себя ряд дополнительных элементов. Прежде всего, это конденсатор, позволяющий защитить прибор от посторонних влияний. Дело в том, что операционный усилитель обладает повышенной чувствительностью на воздействие переменных электромагнитных полей. Конденсатор снимает эту зависимость с помощью наведения отрицательной обратной связи.

При участии транзистора и стабилитрона образуется опорное стабилизированное напряжение. Здесь используются резисторы с повышенным классом точности при низком значении температурного коэффициента сопротивления. Тем самым, вся схема приобретает дополнительную стабильность. В случае возможных значительных изменений температурного режима, прецизионные резисторы можно не применять. Они используются только для контроля небольших перегревов.

При расположении датчика на дальнем расстоянии от сигнализатора, они должны соединяться между собой двухжильным экранированным проводом. При этом, выводы датчика не должны касаться металлических частей устройства, находящегося под контролем.

Датчик температуры

Зависимость падения напряжения на p-n переходе от температуры было замечено сразу после создания самого этого перехода. Это свойство полупроводников используется в электронных термометрах, датчиках температуры, термореле и т.д.

Простейшим датчиком температуры является p-n переход кремниевого диода, температурный коэффициент напряжения, которого равен, примерно, 3 мВ/°C, а прямое падение напряжения находится в районе 0,7В. Работать с таким маленьким напряжением неудобно, поэтому в качестве термозависимого элемента лучше использовать p-n переходы транзистора, добавив к нему базовый делитель напряжения. Полученный двухполюсник обладает свойствами цепочки диодов, т.е. падение напряжения на нем можно устанавливать намного больше, чем 0,7В. Зависит оно от соотношения базовых резисторов R1 и R2 см. рис. 1.

Обладая отрицательным температурным коэффициентом сопротивления, этот двухполюсник нашел применение в схеме питания варикапов. При повышении температуры, емкость варикапов начинает увеличиваться, но одновременно уменьшается падение напряжения на двухполюснике VT1, R1,R2, что ведет к увеличению напряжения на переменном резисторе и соответственно на варикапе, уменьшая его емкость. Таким образом, достигается температурная стабилизация резонансной частоты колебательного контура. На рисунке 2 показана схема двухполюсника, который можно использовать в качестве термодатчика в схемах электронных термореле и термометрах. Здесь есть одно неудобство, кристалл транзистора КТ315 размещен в пластмассовом корпусе, что повышает инерцию измерения температуры или срабатывания реле. И второе, это неудобство крепления его к объекту, температуру которого необходимо отслеживать. Например, для отслеживания температуры теплоотводов мощных ПП, лучше применить в качестве термодатчика транзистор КТ814. Конструкция этого транзистора позволяет крепить его непосредственно к радиатору, находящемуся под потенциалом земли, всего одним винтиком. Такой датчик используется в схеме терморегулятора для вентилятора, размещенной на сайте www. ixbt.com/spu/fan-thermal-control.shtml

Терморегулятор для вентилятора.

На рисунке 4 показана практическая схема для вентилятора охлаждения блока питания. Применение операционного усилителя средней мощности К157УД1 в качестве компаратора, позволило подключить пару вентиляторов от блока питания компьютера непосредственно на выход микросхемы, выходной ток которой, равен 0,3А. Температуру включения вентиляторов устанавливают резистором R5. Схема работает следующим образом. При нормальной температуре теплоотвода напряжение на выводе 9 микросхемы DA1 должно быть больше, чем на выводе 8. При этом на выходе DA1, выводе 6, будет потенциал близкий к напряжению питания схемы. Напряжение на вентиляторах при таких условиях будет практически равно «0». Вентиляторы выключены. При повышении температуры теплоотводов будет повышаться и температура транзистора VT1, что в свою очередь вызовет уменьшение напряжения на неинвертирующем входе 8 микросхемы DA1. Как только это напряжение будет меньше напряжения, установленного резистором R5, состояние компаратора изменится и на его выходе напряжение упадет примерно до потенциала земли. Вентиляторы включатся. Резистор R7 обеспечивает небольшой гистерезис схемы, что исключает неопределенное состояние выходного напряжения на выходе DA1 при равенстве входных напряжений. Плату терморегулятора лучше установить прямо на контролируемом радиаторе, чтобы его микросхема тоже обдувалась вентилятором. Транзистор VT1 соединяется с платой тремя проводами и устанавливается в непосредственной близости от мощных ПП.

Схема датчика температуры

В этой статье мы обсудим различные типы датчиков температуры и возможность их использования в каждом конкретном случае. Температура – это физический параметр, который измеряется в градусах. Она является важнейшей частью любого измерительного процесса. К областям требующим точных измерений температуры относится медицина, биологические исследования, электроника, исследования различных материалов, и тепловых характеристик электротехнической продукции. Устройство, используемое для измерения количества тепловой энергии, позволяющее нам обнаружить физические изменения температуры известно как датчик температуры. Они бывают цифровые и аналоговые.

Основные типы датчиков

В целом, существует два методы получения данных:

1. Контактный. Контактные датчики температуры находятся в физическом контакте с объектом или веществом. Они могут быть использованы для измерения температуры твердых тел, жидкостей или газов.

2. Бесконтактный. Бесконтактные датчики температуры производят обнаружение температуры, перехватывая часть инфракрасной энергии, излучаемой объектом или веществом и чувствуя его интенсивность. Они могут быть использованы для измерения температуры только в твердых телах и жидкостях. Измерять температуру газов они не в состоянии из-за их бесцветности (прозрачности).

Типы датчиков температуры

Есть много различных типов датчиков температуры. От простых контролирующих процесс вкл/выкл термостатического устройства, до сложных контролирующих системы водоснабжения, с функцией её нагрева применяемых в процессах выращивания растений. Два основных типа датчиков, контактные и бесконтактные далее подразделяются на резистивные, датчики напряжения и электромеханические датчики. Три наиболее часто используемых датчика температуры это:

• Термисторы
• Термопреобразователи сопротивления
• Термопары

Эти датчики температуры отличаются друг от друга с точки зрения эксплуатационных параметров.

Термистор – это чувствительный резистор, изменяющий свое физическое сопротивление с изменением температуры. Как правило, термисторы изготавливаются из керамического полупроводникового материала, такого как кобальт, марганец или оксид никеля и покрываются стеклом. Они представляют собой небольшие плоские герметичные диски, которые сравнительно быстрое реагируют на любые изменения температуры.

За счет полупроводниковых свойств материала, термисторы имеют отрицательный температурный коэффициент (NTC), т.е. сопротивление уменьшается с увеличением температуры. Однако, есть также термисторы, с положительным температурным коэффициентом (ПТК), их сопротивление возрастает с увеличением температуры.

График работы термистора

Преимущества термисторов

• Большая скорость реагирования на изменения температуры, точность.
• Низкая стоимость.
• Более высокое сопротивление в диапазоне от 2,000 до 10,000 ом.
• Гораздо более высокая чувствительность (

200 ом/°C) в пределах ограниченного диапазона температур до 300°C.

Зависимости сопротивления от температуры

Зависимость сопротивления от температуры выражается следующим уравнением:

где A, B, C – это константы (предоставляются условиями расчёта), R – сопротивление в Омах, T – температура в Кельвинах. Вы можете легко рассчитать изменение температуры от изменения сопротивления или наоборот.

Как использовать термистор?

Термисторы оцениваются по их резистивному значению при комнатной температуре (25°C). Термистор-это пассивное резистивное устройство, поэтому оно требует производства контроля текущего выходного напряжения. Как правило, они соединены последовательно с подходящими стабилизаторами, образующими делитель напряжения сети.

Пример: рассмотрим термистор с сопротивлением значение 2.2K при 25°C и 50 Ом при 80°C. Термистор подключен последовательно с 1 ком резистором через 5 В питание.

Следовательно, его выходное напряжение может быть рассчитано следующим образом:

При 25°C, RNTC = 2200 Ом;

При 80°C, RNTC = 50 Ом;

Однако, важно отметить, что при комнатной температуре стандартные значения сопротивлений различны для различных термисторов, так как они являются нелинейными. Термистор имеет экспоненциальное изменение температуры, а следовательно-бета постоянную, которую используют, чтобы вычислить его сопротивление для заданной температуры. Выходное напряжение на резисторе и температура линейно связаны.

Резистивные датчики температуры

Температурно-резистивные датчики (термопреобразователи сопротивления) изготовлены из редких металлов, например платины, чье электрическое сопротивление изменяется от соответственно изменению температуры.

Резистивный детектор температуры имеет положительный температурный коэффициент и в отличие от термисторов, обеспечивает высокую точность измерения температуры. Однако, у них слабая чувствительность. Pt100 являются наиболее широко доступным датчиком со стандартным значение сопротивления 100 Ом при 0°C. Основным недостатком является высокая стоимость.

Преимущества таких датчиков

• Широкий диапазон температур от -200 до 650°C
• Обеспечивают высокий выход по току падения
• Более линейны по сравнению с термопарами и термосопротивлениями

Наиболее часто используются датчики температуры-термопары, потому что они точны, работают в широком диапазоне температур от -200°C до 2000°C, и стоят сравнительно недорого. Термопара с проводом и штепсельной вилкой на фото далее:

Работа термопар

Термопара изготовляется из двух разнородных металлов, сваренных вместе, что даёт эффект разности потенциалов от температуры. От разницы температур между двумя спаями, образуется напряжение, которое используется для измерения температуры. Разность напряжений между двумя спаями называется “эффект Зеебека”.

Если оба соединения имеют одинаковую температуру, потенциал различия в разных соединениях равен нулю, т.е. V1 = V2. Однако, если спаи имеют разную температуру, выходное напряжение относительно разности температур между двумя спаями будет равно их разности V1 – V2.

Типы термопар

В зависимости от конструкции и назначения различают термопары погружаемые и поверхностные; с обыкновенной, взрывобезопасной, влагонепроницаемой или иной оболочкой (герметичной или негерметичной), а также без оболочки; обыкновенные, виброустойчивые и ударопрочные; стационарные и переносные и другие.

Температурный датчик

Принципиальная электрическая схема температурного датчика общего применения приведена на рис. 4.2. Электронная часть температурного датчика включает в свой состав входные и выходные цепи, сетевой понижающий трансформатор питания 77, выпрямительное устройство и устройство сравнения. Работает температурный датчик от сети переменного тока напряжением 220 В частотой 50 Гц.

Подключается датчик к сети с помощью электрического соединителя XL На входе установлен плавкий предохранитель F1, защищающий датчик от коротких замыканий и перегрузок во входных цепях. Включение и выключение электронного датчика осуществляются с помощью однополюсного переключателя SI и контролируются неоновой лампочкой HI тлеющего разряда.

Сетевой понижающий трансформатор 77 изготавливается на шихтованном броневом магнитопроводе типа Ш или УШ. Активная площадь поперечного сечения стали магнитопровода должна быть выбрана в пределах от 3 до 5 см 2 . В устройстве можно использовать унифицированный трансформатор кадровой развертки

Рис. 4.2. Схема 1емпера iурного датчика общею применения.

типа ТВК с перемоткой вторичной обмотки на выходное напряжение 12 В. Сетевой трансформатор обеспечивает расчетный уровень выпрямленного напряжения постоянного тока, трансформирует высокое напряжение сети в низкое переменное напряжение, что создает более безопасные условия эксплуатации, а также обеспечивает полную гальваническую развязку вторичных цепей электронного датчика температуры от первичной сети переменного тока.

Выпрямитель собран на четырех выпрямительных диодах VDI—VD4 по однофазной двухполупериодной мостовой схеме, которая характеризуется повышенной частотой пульсаций выпрямленного выходного напряжения, пониженным обратным напряжением на комплекте выпрямительных диодов и более полным использованием габаритной мощности сетевого трансформатора. На выходе выпрямителя действует постоянное напряжение 12 В. Работает выпрямитель на емкостный фильтр, собранный на конденсаторе С/ и сглаживающий пульсации выпрямленного напряжения. Основным элементом температурного датчика является терморезистор R2 с нелинейной вольт-амперной характеристикой, отличительной особенностью которого является резко выраженная зависимость электрического сопротивления от температуры, напряжения, магнитного поля и других факторов. Терморезисторы с положительным и отрицательным температурными коэффициентами сопротивления используются в системах дистанционного и централизованного измерения и регулирования температур, противопожарной сигнализации, теплового контроля и защиты электронных устройств, в системах температурной компенсации ряда элементов электрических цепей и контуров, в частности для термокомпенсации кварцевых резонаторов и генераторов, используются для стабилизации режимов транзисторных каскадов, для измерения мощности, а также в качестве дистанционных бесконтактных переменных резисторов, ограничителей и предохранителей, реле времени, стабилизаторов напряжения, применяются в cxeivax размагничивания масок цветных кинескопов и др.

Активный элемент схемы датчика — терморезистор — реагирует на окружающую температуру изменением своего сопротивления. Как только температура достигает определенной заданной величины, схема срабатывает, включая электромагнитное реле /С/, которое через свои контакты подает соответствующие команды на исполнительные механизмы, например на включение электромагнитов. С помощью переменного резистора R4 можно регулировать температуру срабатывания температурного датчика в пределах от 0 до 40 °С.

При изготовлении температурного датчика использованы следующие комплектующие ЭРЭ: транзисторы VT1 типа МП25, VT2 — МП37Б; терморезистор R2 типа MMT-4; конденсатор С/ типа K50-6-16B-200 мкФ; выпрямительные диоды VD1—VD4 типа Д105А; резисторы R1 типа ВСа-2-200 кОм, R3 — ВСа-0,5-2 кОм, R4 — СП-Н-1Вт-А-2 кОм, R5 — ВСа-0,5-10 кОм, R6 — ВСа-0;5-22 кОм, R7 — ВСа-0,5-2 кОм, R8 — ВСа-0,5-20 Ом, R9 — ВСа-0,5-1,6 кОм; реле электромагнитное К1 типа РЭС-10 (паспорт PC4.524.302).

Область применения датчика может быть расширена, если использовать его на садово-огородном участке в пристенных и пленочных теплицах, а также для определения весенних заморозков.

Первичная обмотка сетевого трансформатора 77 содержит 3120 витков провода марки ПЭВ-2 диаметром 0,18 мм, вторичная обмотка — 179 витков провода марки ПЭВ-2 диаметром 0,51 мм.

Техническая характеристика температурного датчика общего применения

Номинальное напряжение питающей сети

Номинальная частота питающей сети

Пределы изменения напряжения питающей сети

Пределы изменения частоты питающей сети

Коэффициент нелинейных искажений питающей сети

Напряжение переменного тока на вторичной обмотке

Выпрямленное напряжение постоянного тока,

питающее электронную часть датчика, В …….. 12

Температура регулирования, при которой

Погрешность измерения на краях •

Потребление тока в ждущем режиме, мА, не более . .4 Габаритная мощность сетевого понижающего

Сидоров И. Н. С34 Самодельные электронные устройства для дома: Справочник домашнего мастера.— СПб.: Лениздат, 1996.- 352 е.. ил.

Схема датчика температуры на основе транзистора

При измерении температуры высокая точность обычно не требуется, особенно когда речь идет только о фиксации превышения заданного порогового значения. Это относится, в частности, к схемам термической защиты, которыми оснащены устройства определенного класса. Долгое время в таких схемах использовались электромеханические датчики температуры, однако в настоящее время разработчики все чаще применяют электронные компоненты, необязательно специализированные. Измерить температуру можно и с помощью обычного транзистора, как это сделано в схеме на рис. 1.

Рис. 1. Измеритель температуры на транзисторном датчике

Собственно датчиком служит переход база-эмиттер первого транзистора, так как при нагревании напряжение на переходе существенно изменяется. Два других транзистора нужны для усиления снимаемого с датчика напряжения и для его преобразования в логический сигнал, который переключается при достижении заданной температуры (обычно 80-100 °С). В данном устройстве необходимо обеспечить хороший тепловой контакт между датчиком и радиатором, как и в случае монтажа охлаждаемых компонентов. Однако на этом контакте должно соблюдаться условие полной электрической изоляции во избежание сбоев логического сигнала.