Capteurs de température - types, fonctionnement et fonctionnement

La température est la grandeur environnementale la plus souvent mesurée. On peut s'y attendre puisque la plupart des systèmes physiques, électroniques, chimiques, mécaniques et biologiques sont affectés par la température. Certaines réactions chimiques, processus biologiques et même circuits électroniques fonctionnent le mieux dans des plages de températures limitées. La température est l'une des variables les plus couramment mesurées et il n'est donc pas surprenant qu'il existe de nombreuses façons de la détecter. Détection de température peut être effectué soit par contact direct avec la source de chauffage, soit à distance, sans contact direct avec la source en utilisant plutôt l'énergie rayonnée. Il existe aujourd'hui une grande variété de capteurs de température sur le marché, notamment des thermocouples, des détecteurs de température à résistance (RTD), des thermistances, des capteurs infrarouges et à semi-conducteurs.

5 types de capteurs de température

• Thermocouple : C'est un type de capteur de température, qui est fabriqué en joignant deux métaux différents à une extrémité. L'extrémité jointe est appelée JONCTION CHAUDE. L'autre extrémité de ces métaux différents est appelée FIN FROIDE ou JONCTION FROIDE. La jonction froide est formée au dernier point du matériau du thermocouple. S'il y a une différence de température entre la jonction chaude et la jonction froide, une petite tension est créée. Cette tension est appelée EMF (force électromotrice) et peut être mesurée et à son tour utilisée pour indiquer la température.

Thermocouple

• Le RTD est un dispositif de détection de température dont la résistance change avec la température. Généralement construits à partir de platine, bien que les appareils en nickel ou en cuivre ne soient pas rares, les RTD peuvent prendre de nombreuses formes différentes, telles que bobinage de fil, film mince. Pour mesurer la résistance aux bornes d'un RTD, appliquez un courant constant, mesurez la tension résultante et déterminez la résistance du RTD. Les RTD présentent une résistance aux courbes de température sur leurs régions d'exploitation et toute non-linéarité est hautement prévisible et reproductible. La carte d'évaluation PT100 RTD utilise un RTD monté en surface pour mesurer la température. Un PT100 externe à 2, 3 ou 4 fils peut également être associé pour mesurer la température dans les zones éloignées. Les RTD sont polarisés en utilisant une source de courant constant. Pour réduire l'auto-échauffement dû à la dissipation de puissance, la magnitude du courant est modérément faible. Le circuit représenté sur la figure est la source de courant constant utilise une tension de référence, un amplificateur et un transistor PNP.

• Thermistances : Semblable au RTD, la thermistance est un dispositif de détection de température dont la résistance change avec la température. Les thermistances, cependant, sont fabriquées à partir de matériaux semi-conducteurs. La résistance est déterminée de la même manière que le RTD, mais les thermistances présentent une courbe de résistance en fonction de la température très non linéaire. Ainsi, dans la plage de fonctionnement des thermistances, on peut voir un grand changement de résistance pour un très petit changement de température. Cela en fait un appareil très sensible, idéal pour les applications de point de consigne.

• Semi-conducteur capteurs : Ils sont classés en différents types tels que la sortie de tension, la sortie de courant, la sortie numérique, la sortie de résistance au silicium et les capteurs de température à diode. Les capteurs de température à semi-conducteurs modernes offrent une précision élevée et une linéarité élevée sur une plage de fonctionnement d'environ 55 ° C à + 150 ° C. Les amplificateurs internes peuvent adapter la sortie à des valeurs pratiques, telles que 10 mV / ° C. Ils sont également utiles dans les circuits de compensation de soudure froide pour les thermocouples à large plage de températures. De brefs détails sur ce type de capteur de température sont donnés ci-dessous.

CI de capteur

Il existe une grande variété de circuits intégrés de capteurs de température qui sont disponibles pour simplifier la plus large gamme possible de défis de surveillance de la température. Ces capteurs de température au silicium diffèrent considérablement des types mentionnés ci-dessus de plusieurs manières importantes. Le premier est la plage de températures de fonctionnement. Un circuit intégré de capteur de température peut fonctionner sur la plage de température nominale du circuit intégré de -55 ° C à + 150 ° C. La deuxième différence majeure est la fonctionnalité.

Un capteur de température au silicium est un circuit intégré et peut, par conséquent, comprendre un circuit de traitement de signal étendu dans le même boîtier que le capteur. Il n'est pas nécessaire d'ajouter des circuits de compensation pour le capteur de température ICS. Certains d'entre eux sont des circuits analogiques avec une sortie de tension ou de courant. D'autres combinent des circuits de détection analogique avec des comparateurs de tension pour fournir des fonctions d'alerte. Certains autres circuits intégrés de capteur combinent des circuits de détection analogique avec une entrée / sortie numérique et registres de contrôle , ce qui en fait une solution idéale pour les systèmes à microprocesseur.

Le capteur de sortie numérique contient généralement un capteur de température, un convertisseur analogique-numérique (ADC), une interface numérique à deux fils et des registres pour contrôler le fonctionnement du CI. La température est mesurée en continu et peut être lue à tout moment. Si vous le souhaitez, le processeur hôte peut demander au capteur de surveiller la température et de prendre une broche de sortie haute (ou basse) si la température dépasse une limite programmée. Une température seuil inférieure peut également être programmée et l'hôte peut être averti lorsque la température est descendue en dessous de ce seuil. Ainsi, le capteur de sortie numérique peut être utilisé pour une surveillance fiable de la température dans des systèmes à microprocesseur.

Capteur de température

Le capteur de température ci-dessus a trois bornes et nécessite une alimentation maximale de 5,5 V. Ce type de capteur est constitué d'un matériau qui fonctionne en fonction de la température pour faire varier la résistance. Ce changement de résistance est détecté par le circuit et il calcule la température. Lorsque la tension augmente, la température augmente également. On peut voir cette opération en utilisant une diode.

Capteurs de température directement connectés à l'entrée du microprocesseur et donc capables d'une communication directe et fiable avec les microprocesseurs. L'unité de capteur peut communiquer efficacement avec des processeurs à faible coût sans avoir besoin de convertisseurs A / N.

Un exemple de capteur de température est LM35 . La série LM35 sont des capteurs de température à circuit intégré de précision, dont la tension de sortie est linéairement proportionnelle à la température Celsius. Le LM35 fonctionne entre -55˚ et + 120˚C.

Le capteur de température centigrade de base (+ 2˚C à + 150˚C) est illustré dans la figure ci-dessous.

Caractéristiques du capteur de température LM35:

• Calibré directement en ˚ Celsius (Centigrade)
• Conçu pour une gamme complète de l −55˚ à + 150˚C
• Convient aux applications à distance
• Faible coût grâce à la coupe au niveau de la tranche
• Fonctionne de 4 à 30 volts
• Faible auto-échauffement,
• ± 1 / 4˚C de non-linéarité typique

Fonctionnement du LM35:

• Le LM35 peut être facilement connecté de la même manière que les autres capteurs de température à circuit intégré. Il peut être collé ou établi sur une surface et sa température se situera dans la plage d'environ 0,01 ° C de la température de surface.
• Cela suppose que la température de l'air ambiant est à peu près la même que la température de surface si la température de l'air était beaucoup plus élevée ou plus basse que la température de surface, la température réelle de la matrice LM35 serait à une température intermédiaire entre la température de surface et l'air. Température.

Les capteurs de température ont des applications bien connues dans le contrôle de l'environnement et des processus ainsi que dans le test, la mesure et les communications. Une température numérique est un capteur qui fournit des lectures de température sur 9 bits. Les capteurs de température numériques offrent une excellente précision précise, ils sont conçus pour lire de 0 ° C à 70 ° C et il est possible d'atteindre une précision de ± 0,5 ° C. Ces capteurs sont complètement alignés avec les lectures numériques de température en degrés Celsius.

• Capteurs de température numériques: Les capteurs de température numériques éliminent le besoin de composants supplémentaires, tels qu'un convertisseur A / N, dans l'application et il n'est pas nécessaire d'étalonner les composants ou le système à des températures de référence spécifiques si nécessaire lors de l'utilisation de thermistances. Les capteurs de température numériques s'occupent de tout, ce qui permet de simplifier la fonction de base de surveillance de la température du système.

Les avantages d'un capteur de température numérique sont principaux avec sa sortie de précision en degrés Celsius. La sortie du capteur est une lecture numérique équilibrée. Cela ne vise aucun autre composant, tel qu'un convertisseur analogique-numérique et beaucoup plus simple à utiliser qu'une simple thermistance qui fournit une résistance non linéaire avec variation de température.

Un exemple de capteur de température numérique est DS1621, qui fournit une lecture de température sur 9 bits.

Caractéristiques DS1621:

1. Aucun composant externe n'est requis.
2. La plage de température de -55 ° C à + 125 ° C par intervalles de 0,5 ° est mesurée.
3. Donne la valeur de la température sous forme de lecture 9 bits.
4. Large plage d'alimentation (2,7V à 5,5V).
5. Convertit la température en mot numérique en moins d'une seconde.
6. Les réglages thermostatiques sont définissables par l'utilisateur et non volatils.
7. C'est un DIP à 8 broches.

Description de la broche:

• SDA - Entrée / sortie de données série à 2 fils.
• SCL - Horloge série à 2 fils.
• GND - Terre.
• TOUT - Signal de sortie du thermostat.
• A0 - Entrée d'adresse de puce.
• A1 - Entrée d'adresse de puce.
• A2 - Entrée d'adresse de puce.
• VDD - Tension d'alimentation.

Fonctionnement du DS1621:

• Lorsque la température de l'appareil dépasse une température HAUTE définie par l'utilisateur, la sortie TOUT est active. La sortie restera active jusqu'à ce que la température tombe en dessous de la température BASSE définie par l'utilisateur.
• Les réglages de température définis par l'utilisateur sont enregistrés dans une mémoire non volatile afin qu'ils puissent être programmés avant l'insertion dans un système.
• La lecture de la température est fournie dans une lecture complémentaire de 9 bits à deux en émettant la commande READ TEMPERATURE dans la programmation.
• Une interface série à 2 fils est utilisée pour l'entrée du DS16121 pour les réglages de température et la sortie de la lecture de température du DS1621

Crédit photo:

• Capteur de température par wikimedia