Конструкция и тест датчиков температуры

Благодаря быстрому развитию науки и технологии, диапазон датчиков в области температуры становятся шире и шире, и их можно увидеть повсюду в повседневной жизни, что приносит большое удобство для жизни и промышленного производства людей. Датчики температуры органически объединяют полупроводниковые материалы и свойства схемы, чтобы достичь цели точного измерения температуры окружающей среды. Он может эффективно измерить температуру различных объектов и предотвратить явление короткого замыкания проводов из -за перегрева электрических приборов.

1. Датчик

1.1. Определение и цель

Датчик температуры определяется как датчик, который ощущает температуру объекта или среды и преобразует его в полезную выходную информацию. Обычно создаются датчики температуры для объединения значения сопротивления NTC с изменением температурных и выходных сигналов, эффективно и успешно преобразовывая физические величины в электрические величины, чтобы точно измерить температуру как устройство. Датчики температуры могут измерять и контролировать температуру определенных объектов, но также для определения скорости ветра, скорости потока, измерения температуры, микроволновой мощности и ультрафиолетового, инфракрасного света, не только то, что датчики температуры также используются в одном и том же времени в холодильниках , Телевизоры, водонагреватели, кондиционеры, компьютерные мониторы, оборудование на кухне, автомобили и многие другие области. В настоящее время датчики температуры используются в широком спектре продуктов, чтобы предотвратить короткие цирки в электрической проводке. Это причина, по которой датчики температуры так важны для нас.

1.2. Классификация

В настоящее время широко используемыми датчиками температуры представляют собой датчики температуры устойчивости платины, датчики температуры перехода PN, интегрированные датчики температуры и т. Д. В соответствии с потребностями датчика и среды для выбора различных датчиков температуры.

Датчики температуры устойчивости платины являются общими датчиками, функция которых вытекает из природы устойчивости к платине. Металлический проводник будет колебаться в результате сопротивления в результате изменения температуры. Принцип датчика температуры устойчивости платины заключается в обнаружении температуры окружающей среды путем обнаружения изменения платиновой сопротивления.

Если для приготовления датчика температуры используется металлический проводник, он должен иметь высокий удельный сопротивление, низкую теплоемкость и быструю скорость реакции. Этот тип металла, такого как железо, никель, платина, медь и т. Д. Однако из -за плохой стабильности железа и никеля трудно очистить, медь и платина имеют лучшую производительность. Свойства платины более подходят для окружающей среды, с которой сталкиваются датчики температуры. Следовательно, платиновые резисторы очень распространены для приготовления датчиков температуры.

В 0 ° C ~ 630,74 ° C Отношение картирования составляет RT = R0 (1 + AT + BT2), в -200 ° C ~ 0 ° C Отношение картирования равна RT = R0 (1+ AT + BT2 + CT3).

Принцип датчика температуры перехода PN получен из того факта, что напряжение соединения PN -соединения транзистора может показать приблизительно линейную характеристику изменения при измеренной температуре окружающей среды, поэтому датчик температуры, приготовленный с использованием транзистора, может завершить температуру измерение. В данном токе режима существует хорошая линейная связь между прямым напряжением соединения PN и температурой окружающей среды.

Интегрированный датчик температуры ISA-датчик, который интегрирует вспомогательные схемы и чувствительные к температуре транзисторы. Этот датчик температуры аналогичен интегрированной схеме, с относительно стабильной производительностью и идеальной линейной зависимостью.

2. Цели проектирования

2.1. дизайн структура

Датчик температуры является элементом для чувствительности температуры, а его выходной сигнал завершается путем обработки данных с помощью микрокомпьютера с одним чипсом, а значение температуры отображается через цифровую трубку. Предоставленная температура должна отображаться через внешний источник питания 5 ~ 12 В постоянного тока, диапазон контролируется в пределах -55 ° C ~ 125 ° C, точность должна достигать 1 ° C, а цифровая трубка может отображать целочисленную температуру. Датчик температуры обладает звуковой и легкой сигнализацией. Если температура тревоги установлена ​​на 30 ° C, она будет в нормальном рабочем состоянии, когда температура находится в пределах 30 ° C; Напротив, после того, как температура достигнет 30 ° C, диод излучит свет и вывешивает звук, это звук тревоги от зуммера. Если нет необходимости контролировать температуру во время работы, его можно заранее, чтобы надлежащим образом повысить температуру тревоги. Если вам нужно контролировать небольшую часть температуры во время работы, вы можете использовать свинцовый провод, чтобы вывести датчик температуры.

Из концепции дизайна можно увидеть, что система измерения температуры будет иметь четыре модуля: система сбора, система обработки отображения, система тревоги и датчик температуры. Измеренный температурный сигнал отправляется микропроцессору через линию передачи, преобразуется в цифровой сигнал и отправляется в калькулятор для комплексного анализа и обработки.

2.2. Производственные требования

Во время производственного процесса есть 3 проблемы, которые требуют внимания.

(1) Обратите внимание на то, изменяется ли символ «° C» Цельсия. Во время сварки обратите особое внимание на цифровую трубку символа Цельсия, которая будет помещена вверх ногами, чтобы предотвратить явление обратного направления;

(2) Лучше всего установить его на плату, так что не только пространство сохраняется, но и эффект рассеяния тепла очень хорош. При нормальных температурных условиях температура стабилизирующего напряжения блока, как правило, остается нормальной;

(3) конденсаторы, триоды и светодиоды не должны быть изменены. Если соединение изменено, его функция не может быть отображена. В то же время припой не должен быть слишком большим в процессе сварки, чтобы избежать возникновения коротких замыканий.

2.3. Установка и ввод в эксплуатацию

Перед отладкой обязательно проверьте цепь снова, чтобы убедиться, что сварка является точной и есть ли короткий замыкание на каждом выводе. В то же время, при отладке, убедитесь, что плата работает при комнатной температуре, чтобы гарантировать, что вся работа была точной перед подключением источника питания.

3. Принцип схемы работы и введение

3.1. Рабочий principle

R1 является чувствительным к температуре компонент сопротивления. При изменении температуры значение сопротивления R1 будет изменено. В принципе, источник постоянного тока, построенный трехконцональным регулятором напряжения LM317, выведет сигнал напряжения, который изменяется с температурой для возбуждения R1, а затем через точность усилитель прибора INA114 усиливает сигнал напряжения обнаружения до стандартного значения напряжения UO Полем Оборудование для приобретения в среде конвертирует UO в цифровые сигналы, а цифровые сигналы будут записаны в базе данных в форме данных и преобразованы в различные дисплеи.

В настоящее время с точки зрения применения, основные датчики температуры делятся на неконтактные и контактные датчики температуры и могут быть разделены на тепловое сопротивление и термопару в соответствии с делением материала.

3.2. ContactTemperaturesEnsor

Конец обнаружения датчика температуры контакта должен находиться в прямом контакте с объектом, который будет обнаружен. Это также называется термометром. Термометр следует за тепловым балансом, образованным конвекцией и проводимостью. При надежной точности и своевременности он может быстро измерить температуру измеренного объекта, особенно при локальном измерении температуры, показывая распределение температуры. Однако для объектов с низкой теплоемкостью ошибки обнаружения склонны. С точки зрения материалов и принципов, используемых всесторонне, термометры можно разделить на тип жидкости, тип давления и тип металла, которые широко используются в коммерческих, промышленных и сельскохозяйственных областях. В повседневной жизни людей Thermometeris также использовал для измерения собственной температуры.

3.3. НЕПОНТАКТИЧЕСКИЙ ПЕРЕДАЧИ

Датчик неконтактной температуры полностью противоположна датчику температуры контакта, он не имеет прямого контакта с обнаруженным объектом. Его преимущество состоит в том, что его можно использовать для измерения объектов с небольшой теплоемкостью и движущимися объектами, а даже объекты, температура которых очень быстро изменяется, могут быстро отображать температуру поверхности. Поскольку элемент измерения температуры датчика температуры без контакта не касается измерения объекта, его также можно использовать для измерения температуры общественной инфраструктуры, такой как общественный транспорт. Его характеристика заключается в том, что он может измерять небольшие цели в движущемся состоянии или объектах с быстрыми или малыми изменениями тепла, и может измерить распределение поля температуры, но на него сильно повлияет температура окружающей среды. В фактическом использовании требуется стабильная среда для обеспечения точности измерения. Датчик температуры без контакта обладает высокой эффективностью обнаружения и меньше влияет на факторы окружающей среды. Это может реализовать точное измерение в небольшом пространстве. Этот метод имеет сильную применимость.

3.4. Thermocouplessensor

Преимущество датчика температуры термопары состоит в том, что его структура относительно проста. Он широко используется сварщиками полупроводников или проводников разных материалов. Два проводника образуют замкнутую петлю, и в цикле генерируется электродвижущая сила. Наблюдение за силой теплового электродвижья может анализировать температуру объекта. Следовательно, чтобы обеспечить точность результатов измерения, приготовление датчиков температуры термопары требует строгих требований к горячим точкам и материалам, а также для того, чтобы иметь химические и физические свойства с высокой стабильностью. Его температурный коэффициент сопротивления должен быть небольшим, а его проводимость должна быть высокой. Существует очевидная линейная взаимосвязь между силой электроэнергии и тепловой силой и температурой, обеспечивающей воспроизводимость.

3.5. Термалрезистентность

Датчики термопары измеряют температуру с помощью термического электродвижного силы и ограничивают диапазон измерения температуры. Для объектов от -200 ° C до 500 ° C можно применять градусы термического сопротивления Цельсия. Принцип его работы заключается в измерении температуры посредством линейной взаимосвязи между значением сопротивления полупроводника или проводника и изменением температуры. Как правило, значение сопротивления общих металлических материалов будет увеличиваться на 0,4%~ 0,6%, когда время температура повысится на 1 ° C. Это линейное соотношение может завершить измерение температуры окружающей среды. Датчик термического сопротивления обнаруживает изменение окружающей температуры при удельном изменении значения сопротивления термистора, и фактическая температура измеренного объекта может быть рассчитана в соответствии с измеренным значением сопротивления. Датчик термического сопротивления может обнаружить самую низкую температуру, а самый высокий диапазон температуры обычно составляет -200 ° C ~ 500 ° C.

Части, используемые в датчике, представляют собой в основном металл, и необходимо выполнить следующие принципы с точки зрения выбора материала:

(1) значение сопротивления резистивного материала и температура объекта должны поддерживать гармоничную линейную связь и поддерживать долгосрочную стабильность;

(2) резистивный материал, чем выше удельное сопротивление, тем меньше теплоемкость его металлических фитингов и чем быстрее отклик обнаружения температуры;

(3) Материал является экономически эффективным, а цена также очень разумна;

(4) Выберите материал в соответствии с температурным диапазоном, который будет измерен, чтобы обеспечить более стабильные физические свойства.

4. Методы испытаний

Метод обнаружения производительности датчика температуры должен быть проанализирован на основе фактических сценариев применения датчика. Например, датчик, который обнаруживает температуру охлаждающей жидкости двигателя, не может быть проверен с открытым пламенем во время тестирования производительности, в противном случае датчик будет серьезно поврежден. Независимо от того, какая часть должна быть удалена при обнаружении датчика, сначала должна быть отключена мощность, в противном случае удаление детали может вызвать чрезмерный ток или повышение напряжения внутри датчика, что повредит датчику.

Датчик температуры, приготовленный платиновым резистором средняя температура и постоянная записи времени. Установите время отбора проб 10 с, тестируйте каждую секунду и записывайте постоянную времени.

Характерный тест R-T требуется при тестировании термических характеристик термистора с отрицательным температурным коэффициентом NTC. Из-за определенного температурного диапазона значение сопротивления термистора NTC будет демонстрировать нелинейную тенденцию к снижению нисходящего по мере повышения температуры, то есть в процессе повышения температуры его значение сопротивления будет показывать тенденцию постепенного изменения. Это не может измерить точную температуру. Для такого рода нелинейной взаимосвязи между температурой и сопротивлением необходимо изучить его параметры с помощью большого количества экспериментов и получить взаимосвязь картирования между температурой и сопротивлением путем подгонки кривой методом регрессии.

Точность кривой R-T термистора NTC напрямую связана с производительностью, поэтому измерение сопротивления является чрезвычайно важной связью. Более типичные методы, такие как метод DC Bridge и метод постоянного тока. Метод DC Bridge заключается в использовании 4 резисторов, среди которых измеренные резисторы образуют мост, определяют регулировку сопротивления, чтобы сбалансировать мост, а также собирать и распределять измеренные резисторы по принципу деления электрического напряжения. Метод постоянного тока является методом управления. Подключите два резистора последовательно в замкнутой цепи, используйте вольтметр, чтобы получить данные напряжения в реальном времени на обоих концах, и отрегулируйте резисторы в сравнительном эксперименте, чтобы значения вольтметра одинаковы, и измеряется измеренное сопротивление.

4.1. Обнаружение датчика температуры воды

Датчик температуры должен отключить проволочный разъем в процессе обнаружения температуры воды. Если температура воды отличается, она должна использовать измеритель сопротивления для обнаружения. Во время тестирования необходимо убедиться, что значение сопротивления соответствует данным, показанным в таблице 1 ниже. Во время установки датчика необходимо вовремя подключить провода, чтобы гарантировать, что переключатель зажигания находится в состоянии ON, значение напряжения на обоих концах THW и E2 должно быть 0,1 ~ 1,0 В, а температура воды находится при 80 ° C. Если при измерении не отображается напряжение, требуется дальнейшая систематическая проверка.

Таблица 1

4.2. Обнаружение датчика температуры впускного воздуха

Метод обнаружения датчика температуры впускного воздуха такой же, как и у датчика температуры воды, и необходимо вовремя отрезать мощность датчика во времени. Затем убедитесь, что переключатель зажигания находится в состоянии ON, и проанализируйте, существует ли напряжение на терминалах THW и E2. Диапазон напряжения составляет 0,5 ~ 3,4 В, а температура воды должна быть при 20 ° C. Если при измерении не отображается напряжение, также требуется дальнейшая проверка, чтобы выяснить причину сбоя.

4.3. Обнаружение датчика температуры охлаждающей жидкости и датчика температуры воздуха впускного воздуха

При тестировании датчик должен быть установлен на двигателе, а вольтметр готов к подключению к терминалу датчика. В соответствии с различными температурами охлаждающей жидкости, вольтметр будет отображаться. Иногда появляется внутреннее значение сопротивления, которое возможно только тогда, когда ECU подключен к датчику температуры охлаждающей жидкости двигателя, а температура достигает 49 ° C. Изменение значения сопротивления повлияет на массив давления между двумя полюсами, а также на изменение.

Во время использования датчика его компьютерная система может испытывать некоторые колебания, которые являются нормальными и должны контролироваться только в допустимом диапазоне. В то же время, если датчик температуры впускного воздуха установлен в положении двигателя, между двумя терминалами необходимо подключить вольтметр для отображения значения температуры. Численный стандарт часто показан в таблице 2. В процессе конструкции датчика температуры и проверки производительности необходимо провести подробный анализ в строгом соответствии с существующими стандартами и в то же время вносить коррективы в сочетании с различными сценариями использования и использованием использования и использованием использования и использованием. требования, чтобы гарантировать, что датчик температуры может по -настоящему удовлетворить фактические потребности в обнаружении.