Sensores de temperatura: tipos, funcionamiento y funcionamiento

La temperatura es la cantidad ambiental que se mide con mayor frecuencia. Esto podría esperarse ya que la mayoría de los sistemas físicos, electrónicos, químicos, mecánicos y biológicos se ven afectados por la temperatura. Ciertas reacciones químicas, procesos biológicos e incluso circuitos electrónicos funcionan mejor dentro de rangos de temperatura limitados. La temperatura es una de las variables que se miden con más frecuencia y, por lo tanto, no es sorprendente que haya muchas formas de detectarla. Detección de temperatura se puede hacer a través del contacto directo con la fuente de calor o de forma remota, sin contacto directo con la fuente utilizando energía radiada. Hay una amplia variedad de sensores de temperatura en el mercado hoy en día, incluidos termopares, detectores de temperatura de resistencia (RTD), termistores, sensores infrarrojos y semiconductores.

5 tipos de sensores de temperatura

• Par termoeléctrico : Es un tipo de sensor de temperatura, que se fabrica uniendo dos metales diferentes en un extremo. El extremo unido se conoce como UNIÓN EN CALIENTE. El otro extremo de estos metales diferentes se conoce como el EXTREMO FRÍO o UNIÓN FRÍA. La unión fría se forma en el último punto del material del termopar. Si hay una diferencia de temperatura entre la unión caliente y la unión fría, se crea un pequeño voltaje. Este voltaje se conoce como EMF (fuerza electromotriz) y se puede medir y, a su vez, usar para indicar la temperatura.

Par termoeléctrico

• El RTD es un dispositivo sensor de temperatura cuya resistencia cambia con la temperatura. Normalmente fabricados con platino, aunque los dispositivos fabricados con níquel o cobre no son infrecuentes, los RTD pueden adoptar muchas formas diferentes, como alambre enrollado, película delgada. Para medir la resistencia a través de un RTD, aplique una corriente constante, mida el voltaje resultante y determine la resistencia del RTD. Los RTD exhiben bastante lineal resistencia a las curvas de temperatura en sus regiones operativas y cualquier no linealidad es altamente predecible y repetible. La placa de evaluación PT100 RTD utiliza RTD de montaje en superficie para medir la temperatura. También se puede asociar un PT100 externo de 2, 3 o 4 cables con la medición de temperatura en áreas remotas. Los RTD están polarizados utilizando una fuente de corriente constante. Para reducir el autocalentamiento debido a la disipación de energía, la magnitud de la corriente es moderadamente baja. El circuito que se muestra en la figura es la fuente de corriente constante que usa un voltaje de referencia, un amplificador y un transistor PNP.

• Termistores : Similar al RTD, el termistor es un dispositivo sensor de temperatura cuya resistencia cambia con la temperatura. Los termistores, sin embargo, están hechos de materiales semiconductores. La resistencia se determina de la misma manera que el RTD, pero los termistores exhiben una resistencia altamente no lineal frente a la curva de temperatura. Por lo tanto, en el rango de funcionamiento de los termistores, podemos ver un gran cambio de resistencia para un cambio de temperatura muy pequeño. Esto lo convierte en un dispositivo altamente sensible, ideal para aplicaciones de punto de ajuste.

• Semiconductor sensores : Se clasifican en diferentes tipos como salida de voltaje, salida de corriente, salida digital, salida de resistencia de silicio y sensores de temperatura de diodo. Los sensores de temperatura de semiconductores modernos ofrecen alta precisión y alta linealidad en un rango operativo de aproximadamente 55 ° C a + 150 ° C. Los amplificadores internos pueden escalar la salida a valores convenientes, como 10 mV / ° C. También son útiles en circuitos de compensación de unión fría para termopares de amplio rango de temperatura. A continuación se ofrecen breves detalles sobre este tipo de sensor de temperatura.

Circuitos integrados de sensores

Existe una amplia variedad de circuitos integrados de sensores de temperatura que están disponibles para simplificar la gama más amplia posible de desafíos de monitoreo de temperatura. Estos sensores de temperatura de silicio difieren significativamente de los tipos mencionados anteriormente en un par de aspectos importantes. El primero es el rango de temperatura de funcionamiento. Un sensor de temperatura IC puede operar en el rango de temperatura nominal de IC de -55 ° C a + 150 ° C. La segunda gran diferencia es la funcionalidad.

Un sensor de temperatura de silicio es un circuito integrado y, por lo tanto, puede incluir un extenso circuito de procesamiento de señales dentro del mismo paquete que el sensor. No es necesario agregar circuitos de compensación para el sensor de temperatura ICS. Algunos de estos son circuitos analógicos con salida de voltaje o corriente. Otros combinan circuitos de detección analógica con comparadores de voltaje para proporcionar funciones de alerta. Algunos otros circuitos integrados de sensores combinan circuitos de detección analógica con entradas / salidas digitales y registros de control , lo que los convierte en una solución ideal para sistemas basados ​​en microprocesadores.

El sensor de salida digital generalmente contiene un sensor de temperatura, un convertidor de analógico a digital (ADC), una interfaz digital de dos cables y registros para controlar el funcionamiento del IC. La temperatura se mide continuamente y se puede leer en cualquier momento. Si lo desea, el procesador host puede instruir al sensor para que controle la temperatura y tome un pin de salida alto (o bajo) si la temperatura supera un límite programado. También se puede programar una temperatura de umbral más baja y se puede notificar al anfitrión cuando la temperatura ha caído por debajo de este umbral. Por lo tanto, el sensor de salida digital se puede utilizar para un control de temperatura confiable en sistemas basados ​​en microprocesadores.

Sensor de temperatura

El sensor de temperatura anterior tiene tres terminales y requiere un suministro máximo de 5,5 V. Este tipo de sensor consta de un material que opera según la temperatura para variar la resistencia. Este cambio de resistencia es detectado por el circuito y calcula la temperatura. Cuando aumenta el voltaje, la temperatura también aumenta. Podemos ver esta operación usando un diodo.

Sensores de temperatura conectados directamente a la entrada del microprocesador y, por tanto, capaces de comunicarse de forma directa y fiable con los microprocesadores. La unidad de sensor puede comunicarse de manera efectiva con procesadores de bajo costo sin la necesidad de convertidores A / D.

Un ejemplo de sensor de temperatura es LM35 . La serie LM35 son sensores de temperatura de circuito integrado de precisión, cuyo voltaje de salida es linealmente proporcional a la temperatura Celsius. El LM35 funciona de -55˚ a + 120˚C.

El sensor de temperatura básico en grados centígrados (+ 2˚C a + 150˚C) se muestra en la siguiente figura.

Características del sensor de temperatura LM35:

• Calibrado directamente en ˚ Celsius (Centígrados)
• Clasificado para rango completo de l −55˚ a + 150˚C
• Adecuado para aplicaciones remotas
• Bajo costo debido al recorte a nivel de oblea
• Opera de 4 a 30 voltios
• Autocalentamiento bajo,
• ± 1 / 4˚C de no linealidad típica

Operación de LM35:

• El LM35 se puede conectar fácilmente de la misma forma que otros sensores de temperatura de circuito integrado. Puede pegarse o establecerse en una superficie y su temperatura estará dentro del rango de 0,01 ° C de la temperatura de la superficie.
• Esto supone que la temperatura del aire ambiente es casi la misma que la temperatura de la superficie.Si la temperatura del aire fuera mucho más alta o más baja que la temperatura de la superficie, la temperatura real del dado LM35 estaría a una temperatura intermedia entre la temperatura de la superficie y la del aire. la temperatura.

Los sensores de temperatura tienen aplicaciones bien conocidas en el control ambiental y de procesos y también en la prueba, medición y comunicaciones. Una temperatura digital es un sensor que proporciona lecturas de temperatura de 9 bits. Los sensores de temperatura digitales ofrecen una excelente precisión, están diseñados para leer de 0 ° C a 70 ° C y es posible lograr una precisión de ± 0,5 ° C. Estos sensores están completamente alineados con lecturas digitales de temperatura en grados Celsius.

• Sensores de temperatura digitales: Los sensores de temperatura digitales eliminan la necesidad de componentes adicionales, como un convertidor A / D, dentro de la aplicación y no hay necesidad de calibrar los componentes o el sistema a temperaturas de referencia específicas según sea necesario cuando se utilizan termistores. Los sensores de temperatura digitales se encargan de todo, lo que permite simplificar la función básica de control de temperatura del sistema.

Las ventajas de un sensor de temperatura digital son principales con su salida de precisión en grados Celsius. La salida del sensor es una lectura digital balanceada. Esto no pretende otros componentes, como un convertidor de analógico a digital y mucho más sencillo de usar que un simple termistor que proporciona una resistencia no lineal con variación de temperatura.

Un ejemplo de sensor de temperatura digital es DS1621, que proporciona una lectura de temperatura de 9 bits.

Características DS1621:

1. No se requieren componentes externos.
2. Se mide el rango de temperatura de -55⁰C a + 125⁰C en intervalos de 0.5⁰.
3. Da el valor de temperatura como una lectura de 9 bits.
4. Amplio rango de suministro de energía (2.7V a 5.5V).
5. Convierte la temperatura en palabra digital en menos de un segundo.
6. Los ajustes termostáticos son definibles por el usuario y no volátiles.
7. Es un DIP de 8 pines.

Descripción del Pin:

• SDA: entrada / salida de datos en serie de 2 cables.
• SCL - Reloj en serie de 2 hilos.
• GND - Tierra.
• TOUT - Señal de salida del termostato.
• A0 - Entrada de dirección de chip.
• A1 - Entrada de dirección de chip.
• A2 - Entrada de dirección de chip.
• VDD - Voltaje de la fuente de alimentación.

Funcionamiento de DS1621:

• Cuando la temperatura del dispositivo excede una temperatura ALTA definida por el usuario, la salida TOUT está activa. La salida permanecerá activa hasta que la temperatura caiga por debajo de la temperatura BAJA definida por el usuario.
• Los ajustes de temperatura definidos por el usuario se guardan en una memoria no volátil para que se puedan programar antes de insertarlos en un sistema.
• La lectura de temperatura se proporciona en una lectura de complemento a dos de 9 bits emitiendo el comando READ TEMPERATURE en la programación.
• Se utiliza una interfaz en serie de 2 cables para la entrada al DS16121 para los ajustes de temperatura y la salida de la lectura de temperatura del DS1621

Autor de la foto:

• Sensor de temperatura por wikimedia