Подключение датчиков температуры

Примеры работы для Arduino

Один датчик

Рассмотрим простой пример — подключения одного датчика.

Сенсор подключается к управляющей плате через один сигнальный пин.
При подключении к Arduino в компактном форм-факторе, например Micro или Iskra Nano Pro, воспользуйтесь макетной платой и парочкой нажимных клеммников.

Между сигнальным проводом и питанием установите сопротивление 4,7 кОм.

При коммуникации сенсора со стандартными платами Arduino Uno формата Rev3 или Iskra Uno используйте Troyka Slot Shield совместно с модулем подтяжки.

Код программы

Выведем температуру сенсора в Serial-порт.

simple.ino

// библиотека для работы с протоколом 1-Wire
#include <OneWire.h>
// библиотека для работы с датчиком DS18B20
#include <DallasTemperature.h>
 
// сигнальный провод датчика
#define ONE_WIRE_BUS 5
 
// создаём объект для работы с библиотекой OneWire
OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
 
// создадим объект для работы с библиотекой DallasTemperature
DallasTemperature sensor(&oneWire);
 
void setup(){
  // инициализируем работу Serial-порта
  Serial.begin(9600);
  // начинаем работу с датчиком
  sensor.begin();
  // устанавливаем разрешение датчика от 9 до 12 бит
  sensor.setResolution(12);
}
 
void loop(){
  // переменная для хранения температуры
  float temperature;
  // отправляем запрос на измерение температуры
  sensor.requestTemperatures();
  // считываем данные из регистра датчика
  temperature = sensor.getTempCByIndex();
  // выводим температуру в Serial-порт
  Serial.print("Temp C: ");
  Serial.println(temperature);
  // ждём одну секунду
  delay(1000);
}

Серия датчиков

Каждый сенсор DS18B20 хранит в своей памяти уникальный номер, такое решение позволяет подключить несколько датчиков к одному пину.

Добавим к предыдущем схемам подключения ещё по паре датчиков в параллель.

Код программы

Просканируем все устройства на шине и выведем температуру каждого сенсора отдельно в Serial-порт.

multipleSensors.ino

// библиотека для работы с протоколом 1-Wire
#include <OneWire.h>
// библиотека для работы с датчиком DS18B20
#include <DallasTemperature.h>
 
// сигнальный провод датчика
#define ONE_WIRE_BUS 5
 
// создаём объект для работы с библиотекой OneWire
OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
// создадим объект для работы с библиотекой DallasTemperature
DallasTemperature sensors(&oneWire);
// создаём указатель массив для хранения адресов датчиков
DeviceAddress *sensorsUnique;
// количество датчиков на шине
int countSensors;
 
// функция вывода адреса датчика
void printAddress(DeviceAddress deviceAddress){
  for (uint8_t i = ; i < 8; i++){
    if (deviceAddressi < 16) Serial.print("0");
    Serial.print(deviceAddressi, HEX);
  }
}
 
void setup(){
  // инициализируем работу Serial-порта
  Serial.begin(9600);
  // ожидаем открытия Serial-порта
  while(!Serial);
  // начинаем работу с датчиком
  sensors.begin();
  // выполняем поиск устройств на шине
  countSensors = sensors.getDeviceCount();
  Serial.print("Found sensors: ");
  Serial.println(countSensors);
  // выделяем память в динамическом массиве под количество обнаруженных сенсоров
  sensorsUnique = new DeviceAddresscountSensors;
 
  // определяем в каком режиме питания подключены сенсоры
  if (sensors.isParasitePowerMode()) {
    Serial.println("Mode power is Parasite");
  } else {
    Serial.println("Mode power is Normal");
  }
 
  // делаем запрос на получение адресов датчиков
  for (int i = ; i < countSensors; i++) {
    sensors.getAddress(sensorsUniquei, i);
  }
  // выводим полученные адреса
  for (int i = ; i < countSensors; i++) {
    Serial.print("Device ");
    Serial.print(i);
    Serial.print(" Address: ");
    printAddress(sensorsUniquei);
    Serial.println();
  }
  Serial.println();
  // устанавливаем разрешение всех датчиков в 12 бит
  for (int i = ; i < countSensors; i++) {
    sensors.setResolution(sensorsUniquei, 12);
  }
}
 
void loop(){
  // переменная для хранения температуры
  float temperature10;
  // отправляем запрос на измерение температуры всех сенсоров
  sensors.requestTemperatures();
  // считываем данные из регистра каждого датчика по очереди
  for (int i = ; i < countSensors; i++) {
    temperaturei = sensors.getTempCByIndex(i);
  }
  // выводим температуру в Serial-порт по каждому датчику
  for (int i = ; i < countSensors; i++) {
    Serial.print("Device ");
    Serial.print(i);
    Serial.print(" Temp C: ");
    Serial.print(temperaturei);
    Serial.println();
  }
  Serial.println();
  // ждём одну секунду
  delay(1000);
}

Проверка исправности ДТОЖ

Датчик температуры антифриза проверяется двумя основными способами: не снимая с автомобиля либо демонтируя с его посадочного места. Второй метод также разделен на два варианта диагностирования: с применением термометра и без него.

Если датчик не прикипел к резьбе, то его довольно просто снять рожковым ключом подходящим по размеру

Важно перед откручиванием отсоединить разъем контактов. Следующим шагом нужно проверить приходит ли питание от ЭБУ на датчик

Сделать это довольно просто имея универсальный тестер (мультиметр):

1. отсоедините разъем от датчика;
2. переведите режим измерения мультиметра на «20 В постоянное напряжение»;
3. присоедините щупы к контактам клемм приходящим от ЭБУ.

Если мультиметра у вас под рукой нет исправность ЭБУ и проводки до него можно проверить просто сняв разъем с датчик температуры охлаждающей жидкости во время работы двигателя, автоматически включится вентилятор радиатора. Это произойдет потому что блок управления увидит разрыв цепи и перейдет в аварийный режим. Если этого не произошло то либо неисправен ЭБУ либо вентилятор охлаждения.

Проверка не снимая с автомобиля

Самый удобный способ, ведь не нужно проводить демонтаж с последующим монтажом. Проверка выполняется при помощи тестера, путем замера показаний на контактах датчика.

Чтобы обеспечить доступ к контактам, потребуется отсоединить клеммник от датчика. При выполнении работ на горячем двигателе будьте осторожны, ведь можно не только обжечься самому, но и оплавить корпус или щупы мультиметра.

Затем тестер переводится в положение измерения сопротивления и присоединяется к выходным контактам датчика. Стоит заметить, что у холодного двигателя значение показаний будет высоким, у горячего – значительно ниже.

Для общего понимания какие значения выдает датчик при разных температурах, как пример, ниже приведены данные для ВАЗ-2110. Показания других легковых машин сильно отличаться не будут.

Показания датчика в зависимости от изменения температуры

Температура жидкости, °С	Сопротивление проводника, Ом	Температура жидкости, °С	Сопротивление проводника, Ом
5	7 280	45	1 188
10	5 670	50	973
15	4 450	60	667
20	3 520	70	467
25	2 796	80	332
30	2 238	90	241
40	1 459	100	177

Стоит отметить, что датчик ломается крайне редко, чаще встречаются ситуации, когда он выдает неверную информацию. Поэтому следует сравнить показания температуры на приборной панели с данными полученными от датчик температуры охлаждающей жидкости в соответствии с таблицей. Если данные отличаются тогда есть смысл снимать датчик и проводить его дальнейшую диагностику.

Проверка ДТОЖ с термометром

Для такой диагностики, необходимо снять датчик с его посадочного места. Как упоминалось выше, сделать это можно при помощи соответствующего гаечного ключа. Заодно можно почистить сам датчик, с резьбы на патрубке удалить налет и смазать ее, осмотреть контакты на наличие окислений и при необходимости удалить.

Затем набрать воду в электрочайник или в другую емкость, но в таком случае придется воспользоваться кипятильником. Помимо этого для измерения нужно взять мультиметр и перевести его переключатель в положение измерения сопротивления проводника.

Головка датчика опускается в воду, а к его контактам присоединяются щупы тестера. Также в емкость с датчиком помещается и термометр, для удобства измерений желательно электронный, но можно и ртутный.

Затем постепенно повышая температуру жидкости сравнивать показания датчика и электронного термометра в соответствии с таблицей. Для большей точности фиксировать показания лучше через каждые 5 градусов. В итоге Вы получите данные которые можно занести в таблицу. Их впоследствии можно сравнить с информацией предоставленной в технической документации к конкретной модели авто. На крайний случай можно сравнить с таблицей приведенной выше.

При проведении проверки допускаются небольшие отклонения от значений. Небольшие погрешности могут зависеть от разных условий и от самого датчика. Часто даже у датчиков температуры охлаждающей жидкости одной модели есть незначительные различия в показаниях при одинаковых условиях измерения.

Проверка без термометра

Такой метод не сильно отличается от предыдущего, только здесь не применяется термометр и показания снимаются одни раз.

Для проверки датчика его следует погрузить в емкость с водой и довести ее до кипения. Затем присоединить к выходным контактам щупы мультиметра и посмотреть, что он покажет.

Если ДТОЖ полностью исправен, то его сопротивление должно быть 177 Ом. Однако следует учитывать погрешности. К тому же щупы мультиметра тоже имеют свое сопротивление, да и температура воды может быть чуть ниже 100 градусов, а соответственно и сопротивление будет чуть больше.

Краткий обзор популярных цифровых датчиков температуры

Выбор датчика температуры нужно делать с учетом целого ряда параметров. Речь идет не только о метрологических характеристиках – диапазоне температур, точности, разрядности. Очень часто при поиске оптимального сенсора на первое место ставят такие качества как уровень потребления, габариты, простота подключения, возможность параллельной работы нескольких датчиков в сетевой конфигурации и так далее. Все это приводит к тому, что «идеального» сенсора, подходящего для всех случаев жизни, не существует, и разработчикам приходится искать компромиссные варианты.

Сейчас среди разработчиков популярны датчики температуры, которые работают с одно- или двухпроводными шинными интерфейсами: 1-wire, I²C, SMAART и так далее. Это позволяет использовать микроконтроллеры с малым числом выводов для одновременной работы с множеством датчиков. Рассмотрим достоинства и особенности некоторых популярных сенсоров (таблица 2).

Таблица 2. Характеристики популярных датчиков температуры

Параметр	DS18B20	STLM75	TMP107	LMT01
Производитель	Maxim Integrated	STMicroelectronics	Texas Instruments	Texas Instruments
Диапазон измеряемых температур, °С	-55…125	-55…125	-55…125	-50…150
Разрешение, бит	9/10/11/12	9	14	12
Точность, °С	±0,5…±2	±0,5…±2	±0,4…±0,7	±0,5…±0,6875
Время измерения, мс	93,75…750	150	18	54
Напряжение питания	3…5,5 В	2,7…5,5 В	1,7…5,5 В	2…5,5 В
Ток потребления (активное состояние), мкА	1500	150	400	125
Ток потребления (режим ожидания), мкА	1	1	10	34
Интерфейс	1-Wire	I²C/SMBus	USART/SMAART	Однопроводной с токовым выходом
Корпус	SOIC8, uSOP8, TO-92	SOIC8, TSSOP8,	SOIC8	TO-92

DS18B20 – популярный датчик температуры, работающий в диапазоне -55…125°С. Его главными преимуществами являются доступность, невысокая стоимость, программируемая разрядность измерений 9/10/11/12 бит, возможность подключения множества датчиков на общую двухпроводную шину 1-Wire, малое потребление в спящем режиме до 1 мкА. Вместе с тем у этого сенсора есть и недостатки, в том числе – достаточно высокое потребление в активном режиме до 1,5 мА, невысокое быстродействие при высокой разрядности измерений, относительно узкий диапазон рабочих напряжений от 3 В.

STLM75 – датчик температуры, который также работает с диапазоном -55…125°С. По сравнению с DS18B20 данный сенсор может похвастаться сверхнизким потреблением как в активном, так и в спящем режиме (150 мкА и 1 мкА соответственно), а также работой с напряжениями питания 2,7…5,5 В. Для связи с STLM75 используется I²C-шина с возможностью одновременного подключения до девяти устройств. Недостатком датчика является малое разрешение – всего 9 бит.

TMP107 производства Texas Instruments имеет максимальную разрядность среди рассматриваемых датчиков – 14 бит, отличную точность – ±0,4…±0,7°С, минимальное время преобразования – 18 мс. Особенностью датчика является интерфейс SMAART, c помощью которого можно подключить до 32 датчиков на 3-проводную шину. Однако уровень потребления TMP107 достаточно высок как в активном режиме (до 400 мкА), так и в режиме сна (10 мкА),. и для работы с ним потребуется один внешний буфер с тремя состояниями, например, SN74LVC1G125. В результате измерительный блок займет больше места на плате.

LMT01 – близкий по идеологии к датчику DS18B20, но превосходит его по ряду параметров: шире диапазон рабочих напряжений (2…5,5 В), меньше потребление и время преобразования (54 мс). Выходная разрядность датчика – 12 бит. LMT01 отличается наиболее широким диапазоном рабочих температур, составляющим -50…150°С, и максимальной точностью – ±0,5…±0,6875°С. В отличие от TMP107, данный сенсор в простейшем случае требует для подключения наличия единственного внешнего резистора, так как работает с токовым интерфейсом.

Классификация

Принято разделять существующие термодатчики на две большие группы. В первой группе датчики классифицируются в зависимости от способа определения температуры, а во второй группе – по способу взаимодействия приспособления с термостатом. Одно не исключает другого: одна модель может присутствовать в классификаторе каждой группы термодатчиков.

По способу определения

От способа определения температуры зависит корректность работы термодатчика на объекте. Существует несколько видов датчиков, отличающихся ценой и точностью определения параметра.

Дилатометрический

Дилатометрический (объемный) датчик представляет собой биметаллическую пластину или спираль, изготовленную из материала с высоким коэффициентом теплового расширения. При нагревании происходит изгиб пластины и происходит размыкание контакта на конце пластины со стационарным контактом реле, препятствуя протеканию тока. В термостатах замедленного действия используется спираль, которая медленно разжимается или сжимается с изменением температуры.

Резистивный

В резистивных температурных датчиках задействован терморезистор (термистор). Это необычный резистор, изготовленный из меди, никеля или платины, электрическая проводимость которого меняется прямо пропорционально температуре. В зависимости от сопротивления термистора в текущий момент автоматикой выбирается режим подогрева или остывания котла.

Термоэлектрический

Действие основано на свойстве термопары — термоспая из двух металлов разного типа (железо-никель, никель-хром) вырабатывать при нагреве в точке контакта пропорционально температуре ЭДС до 40–60 мкВ. Столь низкие значения напряжения налагают особые требования к используемой при обработке сигнала аппаратуре: задействуются точные, многоразрядные преобразователи с минимальным уровнем собственных шумов.

В простом энергонезависимом котле термоэлектрический датчик управляет непосредственно электромагнитным клапаном подачи газа на основную горелку после нагрева термопары пламенем запальника.

Манометрический

Принцип действия манометрических датчиков основан на изменении давления газа/жидкости в замкнутом объёме. Они не требуют внешнего источника энергии, что удобно при дистанционных измерениях. Недостатком является высокая инерционность показаний и невысокая чувствительность этого типа устройств.

По типу взаимодействия с термостатом

Тип взаимодействия с термостатом выбирается в зависимости от места локализации датчика с учетом эргономичности системы ГВС. Наряду с традиционным проводным способом подключения набирают популярность беспроводные схемы подключения.

Проводной

По определению проводные приспособления котлов передают данные по проводам. Проводниками соединяют датчик с блоком управления отопительного агрегата.

Беспроводной

Работа беспроводного приспособления аналогична принципу работы с Wi-Fi. Сигнал поступает в радиомодуль, в водогрейной установке приемный модуль принимает, а встроенный контроллер блока управления обрабатывает и преобразует его в управляющий импульс.

По способу размещения

В зависимости от способности размещаться в пространстве термодатчики подразделяют на несколько типов. Существуют накладные, погружные и комнатные типы устройств.

Накладной

Накладными называют датчики с наружным креплением к контуру отопления. Чувствительный элемент накладывается снаружи трубы подачи или обратки и притягивается к ней хомутами, после чего плотно оборачивается снаружи теплоизоляционной гильзой.

Погружной

Погружные изделия непосредственно контактируют с горячей водой или теплоносителем. Они устанавливаются в специальные посадочные отверстия на трубопроводе, предусмотренные конструкцией оборудования, на выходе теплообменника. Недостатком погружных изделий считается необходимость сливать теплоноситель из системы ГВС при замене.

Комнатный

Комнатными называют устройства, размещенные внутри жилых либо служебных помещений. Выбирается то помещение, в котором воздух имеет наиболее постоянную температуру. Самым подходящим местом для локализации чувствительного элемента/ термостата является стена. Следует размещать устройство на высоте не более 120–150 см от пола.

Внешний

Внешний (датчик наружной температуры) располагается на открытом воздухе снаружи здания. Он производит корректировку микроклимата внутренних помещений в зависимости от температуры окружающей среды на улице, осуществляя тем самым погодозависимое терморегулирование.

Сравнение характеристик датчиков температуры Ардуино

Название	Температурный диапазон	Точность	Погрешность	Вариант исполнения	Библиотека
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
DHT11	0С…50С	+-2С	+-2% температура, +-5% влажность	Изготавливается 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% влажность	DHT.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 LM35DM TO-220 для датчика LM35DT.
TMP36	-40С…150С	+-1С	+-2%	Изготавливается в трехвыводном корпусе TO-92, восьмивыводном SOIC и пятивыводном SOT-23.

Рекомендации по монтажу своими руками

Подобные приборы широко используются в разных целях: ими оснащаются радиаторы, котлы нагревания и другие бытовые приборы.

Необходимо также учесть размер гильзы, который может варьироваться в пределах 120-160 мм.

Рассмотрим два наиболее часто встречающихся случая монтажа термодатчика.

Подключение прибора на радиатор

Не стоит оснащать термостатом все отопительные приборы. Согласно регламенту, датчики устанавливаются на батарею, если ее суммарная мощность превышает 50% от выработки тепла аналогичными системами. Если в помещении имеется два нагревателя, то термостат устанавливается лишь на одном, имеющем больший показатель мощности.

Термодатчик является обязательной составной частью регуляторов температуры, позволяющих снижать или увеличивать нагрев радиаторов, теплого пола и других отопительных приборов

Клапан прибора устанавливается на подающий трубопровод в месте подключения радиатора к сети отопления. При невозможности его врезки в уже имеющуюся цепь следует демонтировать подводку подачи, что может вызвать некоторые сложности.

Для проведения этой манипуляции необходимо воспользоваться инструментом для резки труб, тогда как монтаж термоголовки легко производится без спецоборудования. Как только датчик будем смонтирован, достаточно совместить сделанные метки на корпусе и приборе, после чего головка фиксируется плавным нажатием руки.

Монтаж термодатчика воздуха

Подобный прибор устанавливается в наиболее холодном жилом помещении без сквозняков (в холле, кухне или котельной его монтаж нежелателен, так как может вызвать нарушения в работе системы).

При выборе места нужно следить, чтобы на устройство не падали солнечные лучи, рядом не должно быть отопительных приборов (обогревателей, радиаторов, труб).

Для обычной системы отопления достаточно одного термостата, тогда как при коллекторной схеме желательно применять несколько датчиков, число которых совпадает с количеством комнат. Это позволит индивидуально регулировать температуру в обособленных пространствах

Подключение прибора осуществляется согласно инструкциям, которые находятся в техническом паспорте, при этом используются клеммы или кабель, которые входят в комплект.

При необходимости отслеживания температуры термодатчик в “теплом полу” может располагаться в глубине бетонной стяжки. В этом случае для защиты можно применить гофрированную трубу, имеющую один закрытый торец и покатый изгиб

Последняя особенность позволяет при необходимости извлечь сломанный прибор и заменить его на новый.

Монтаж устройства осуществляется следующим образом:

1. В стене устраивается углубление для крепежа навесного прибора.
2. С термодатчика снимается передняя деталь, после чего приспособление устанавливается на подготовленном участке.
3. Далее к контактам подсоединяется греющий кабель, тогда как к датчикам – клеммы.

Заключительный этап – подсоединение питающего кабеля и установка передней панели на свое место.

Схема подключения термостата для котла отопления подробно описана в этой статье.

Принцип работы

Основная функция микросхемы DS18B20 — трансформация показаний встроенного датчика температуры в цифровой код. Это преобразование зависит от разрешения преобразования, установленного пользователем, которое варьируется от 9 до 12 бит (0,5°–0,625°С). Если настройки не производились, то установка регистра конфигурации соответствует 12 битам.

В начальном состоянии DS18B20 находится в состоянии покоя или иными словами в низком энергетическом уровне. Для начала измерений микроконтроллер подает сигнал , после чего полученные данные сохраняются в регистр, а сам датчик переходит в режим «покоя».

При работе цифрового датчика температуры DS18B20 от независимого источника питания микроконтроллер способен контролировать процесс выполнения команды , которая осуществляет измерение температуры. Таким образом, датчик температуры DS18B20 сформирует логический «0» во время трансформации показаний температурного режима и логическую «1» в случае окончания процесса преобразования.

Если питание микросхемы осуществляется при помощи «паразитного метода», то контроль логических «0» и «1» невозможен, поскольку на шине будет постоянно дежурить высокий уровень напряжения питания.

После снятия и обработки сигнала с датчика температуры в микросхеме DS18B20 полученные данные в градусах Цельсия сохраняются в виде 16-битного числа с признаком (S), который отвечает за знак «+» или «-» температуры. Структура регистра температуры будет выглядеть так, как показано ниже.

Если показания температуры выше «0», то показатель S=0, если же значение температуры отрицательное, то S=1. Ниже представлена таблица соответствия данных и температуры.

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

Литература

1) http://cxem.net/comp/comp53.php
2) http://cxem.net/comp/comp54.php
3) http://arduino-kit.ru/catalog/id/modul-datchika-temperaturyi-ds18b20
4) http://www.zi-zi.ru/module/module-ky001
5) http://cxem.net/ckfinder/userfiles/comments/43118_ds18b20-rus.pdf
6) http://mypractic.ru/urok-26-podklyuchenie-termodatchikov-ds18b20-k-arduino-biblioteka-onewire-tochnyj-arduino-termometr-registrator.html
7) http://arduino-diy.com/arduino-tsifrovoy-datchik-temperatury-DS18B20
8) http://it-chainik.ru/podklyuchenie-datchika-temperatury-ds18b20-k-arduino/
9) https://www.pjrc.com/teensy/td_libs_OneWire.html
10) http://www.zi-zi.ru/module/module-ky013
11) http://robocraft.ru/blog/arduino/68.html
12) http://arduino-kit.ru/catalog/id/modul-datchika-vlajnosti-i-temperaturyi
13) http://www.zi-zi.ru/module/module-ky015
14) https://drive.google.com/file/d/0B-DqglGyhA7eVlAyYkhUaXYwWGc/view
15) http://роботехника18.рф/датчик-температуры-и-влажности/
16) http://arduino-kit.ru/catalog/id/modul-datchika-temperaturyi_
17) http://www.zi-zi.ru/module/modul-ky-028

Все файлы (прошивки и документация) в едином архиве. Материал подготовил специально для сайта 2 Схемы – Denev.

Технические характеристики

Эти технические характеристики относятся к аналоговым датчикам температуры TMP36 (-40 до 150 градусов по цельсию).

Технические характеристики очень схожи также с датчиками модели LM35/TMP35 (выходой сигнал в цельсиях) и LM34/TMP34 (в фаренгейтах). Основное преимущество модели ’36 перед ’35 или ’34 – этот датчик температуры имеет широкий диапазон чувствительности и не генерирует отрицательные значения напряжения при минусовой температуре. Во всем остальном функционал одинаковый.

• Размер: корпус TO-92 (около 0.2″ x 0.2″ x 0.2″) с тремя коннекторами
• Цена: $2.00 в магазине Adafruit (Китай, конечно же предлагает дешевле)
• Диапазон измеряемых температур: от — 40°C до 150°C / -40°F до 302°F
• Диапазон сигнала на выходе: от 0.1В (-40°C) до 2.0В (150°C), но точность падает после 125°C
• Питание: от 2.7 В до 5.5 В, сила тока — 0.05 мА
• Даташит

Термистор

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.

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.

На что необходимо обратить внимание при выборе датчиков температуры

1. Температурный диапазон.
2. Можно ли погружать датчик в измеряемую среду или объект? Если расположение внутри среды недопустимо, то стоит выбирать акустические термометры и пирометры.
3. Каковы условия измерений!? Если используется агрессивная среда, то необходимо использовать либо датчики в корозийнозащитных корпусах, либо использовать бесконтактные датчики. Кроме того, необходимо предусмотреть другие условия: влажность, давление и тд.
4. Как долго датчик должен будет работать без замены и калибровки. Некоторые типы датчиков обладают относительно низкой долговременной стабильностью, например термисторы.
5. Какой выходной сигнал необходим. Некоторые датчики выдают выходной сигнал в величине тока, а некоторые автоматически пересчитывают его в градусы.
6. Другие технические параметры, такие как: время срабатывания, напряжение питания, разрешение датчиков и погрешность. Для полупроводниковых датчиков, важным также являет тип корпуса.

Виды термопар

• Хромель-алюминиевые . В основном применяются в промышленности. Характерные особенности: широкий температурный интервал измерений -200…+13000°C, доступная стоимость. Не допускаются к применению в цехах с высоким содержанием серы.
• Хромель-копелевые . Применение сходно с предыдущим типом, особенность – сохранение работоспособности только в неагрессивных жидких и газообразных средах. Часто используются для измерения температуры в мартеновских печах.
• Железо-константовые . Эффективны в разреженной атмосфере.
• Платинородий-платиновые . Наиболее дорогие. Для них характерны стабильные и точные показания. Используются для измерения высоких температур.
• Вольфрам-рениевые . Обычно в их конструкции присутствуют защитные кожухи. Основная область применения – измерение сред со сверхвысокими температурами.

Критерии выбора

Выбор датчика температуры следует проводить с учётом следующих критериев:

• диапазон измеряемых температур, датчик должен быть максимально чувствительным и реагировать на изменения нагрева с минимальной задержкой,
• технических особенностей установки: погружной или закрепляемый, достаточно ли пространства для монтажа и т. д.,
• условий измерений, при которых возможна минимизация негативных влияющих факторов,
• характеристик датчика: необходимость подачи напряжения, скорость передаваемого сигнала, погрешность измерений, допустимость эксплуатации в конкретных условиях,
• срок эксплуатации, периоды обслуживаний, необходимость калибровок,
• величина выходного сигнала.

Погружной датчик температуры для котла

Сравнение типов температурных датчиков

В приведенной ниже таблице показано сравнение разных типов температурных датчиков, описанных в данной статье. Однако имейте в виду, что эту информацию следует воспринимать как обобщение. Таблица предназначена в первую очередь для тех, у кого нет большого опыта и/или знаний о датчиках температуры.

Таблица 1. Краткое сравнение температурных датчиков

Тип датчика	Типовой диапазон температур (°C)	Точность (+/- °C)	Достоинства	Недостатки	Применение
Термистор	В пределах 50°C от заданной центральной температуры Общий диапазон: от -40° до 125°	1	Низкая стоимость Надежность Небольшие размеры	Нелинейный выход Медленный отклик	Измерение температуры окружающей среды
Термопара	от -200° до 1450°	2	Высокое разрешение Небольшие размеры Широкий температурный диапазон	Строго рекомендуется калибровка Требуется два показания температуры: горячее соединение и холодное соединение	Промышленное использование
RTD	от -260° до 850°	1	Линейный выход Точность	Высокая стоимость Хрупкость: часто помещаются в защищенные пробники	Промышленное использование
Аналоговая микросхема	от -40° до 125° (TMP36)	2	Простое взаимодействие Простота использования Линейный выход	Значительно дороже термисторов Ограниченный температурный диапазон	Внутренний термостат Цифровой термометр
Цифровая микросхема	от -55° до 125° (DS18B20)	0,5	Просто использовать с микроконтроллерами Точность Линейный выход	Требуется микроконтроллер или что-то подобное Значительно дороже термисторов Ограниченный температурный диапазон	Внутренний термостат Цифровой термометр Бытовая электроника

Как вам статья?

Мне нравитсяНе нравится

Павел Бакалавр «210400 Радиотехника» – ТУСУР. Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
Написать Пишите свои рекомендации и задавайте вопросы

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.

Выводы

Микросхема Dallas DS18B20 является очень интересным устройством. Датчики температуры и термометры, созданные на ее основе, обладают приемлемыми для большинства задач характеристиками, развитым функционалом, относительно не дороги. Особенную популярность датчик DS18B20 снискал как влагозащищенное устройство для измерения температуры жидкостей.

За дополнительные возможности приходится платить относительной сложностью работы с датчиком. Для подключения DS18B20 нам обязательно понадобится резистор с номиналом около 5К. Для работы с датчиком в скетчах ардуино нужно установить дополнительную библиотеку и получить определенные навыки для работы с ней – там все не совсем тривиально. Впрочем, можно купить уже готовый модуль, а для скетча в большинстве случаев хватит простых примеров, приведенных в этой статье.