Што точно е сензор за температура?

Прво, запомнете ја оваа реченица: температурниот сензор не „директно ја чита температурата“, туку прво ги чувствува одредените физички промени предизвикани од температурата, потоа ги претвора овие промени во мерливи сигнали и на крајот мерното коло и алгоритмот ја добиваат температурната вредност.

Користите сензори за температура секој ден, но ретко кога вистински ги забележувате. Клима уредите знаат кога да го прекинат ладењето, фрижидерите можат да ја одржуваат поставената температура, автомобилите можат да ја следат состојбата на моторот, батеријата и системот за ладење, индустриската опрема може да алармира кога температурата е ненормална - сите овие функции имаат заедничка основа: прво „насетете ја температурата“, а потоа предадете ја на контролниот систем за обработка.

I. Што точно е сензор за температура?

Од инженерска перспектива, сензорот за температура е уред кој ја претвора физичката количина на температура во мерливи, преносливи и обработливи сигнали. Нејзиното јадро не е „прикажување број“, туку воспоставување стабилна и повторлива кореспонденција помеѓу „температурата“ и мерливата физичка количина.

Оваа мерлива физичка количина може да биде отпор, напон, струја или аналогни или дигитални сигнали обработени со интегрирани кола. Разликата во различни технички правци суштински лежи во: каков физички ефект се користи за да се „насети“ температурата и како точно да се измери оваа промена.

II. Како ја претвора „температурата“ во бројка?

Ова е најважниот чекор во разбирањето на сензорот за температура. Строго кажано, сензорот директно не „чита 25,3℃“. 25,3 ℃ е резултатот добиен откако целиот синџир на мерење е подложен на конверзија и пресметка. Она што всушност се случува на самиот фронт е: температурата ги менува физичките својства на одреден материјал или структура.

Промена на температурата → Чувствување промена на својствата → Електричен сигнал → Стекнување и конверзија → Пресметка на алгоритам → Вредност на температурата

Типичен синџир за мерење на температурата: од „физички свет“ до „дигитален свет“

Чекор 1: Температурата најпрво делува на осетливиот материјал

Кога температурата на измерениот објект се менува, соодветно ќе се промени одредено физичко својство во чувствителниот елемент. За отпорност на платина, главно се манифестира како промена на вредноста на отпорот; за термопарови, тоа е промена на термоелектричниот потенцијал; за NTC термисторите, тоа е промена на вредноста на отпорот која варира во зависност од температурата, и оваа промена обично има значителна нелинеарност.

Еве еден особено важен концепт: Она што го мери сензорот за температура не е „самата температура“, туку „мерливите промени предизвикани од температурата“. Потоа, користејќи ја веќе калибрираната врска, оваа промена се пресметува обратно за да се добие температурата.

Чекор 2: Претворете ја промената во електричен сигнал

Земете го како пример отпорот на платина, кога температурата се зголемува, вредноста на отпорноста на платината ќе се промени според неговата карактеристика отпорност-температура. Мерното коло применува соодветно возбудување на отпорот на платина, така што промената на вредноста на отпорот може да се рефлектира како мерлив напон, струја или излез од мостот.

Ова е причината зошто елементот за отпорност на платина, кој е со големина од само неколку милиметри, всушност може да ја преземе најпредната и најкритичната конверзија „температура → електрична количина“ во комплетниот синџир за мерење на температурата. Самиот елемент може да даде само промена на вредноста на отпорот, но „℃“ бара следното коло за да ја заврши конверзијата.

Чекор 3: Колото за стекнување „ги чита“ малите промени

Излезот на сензорот често не е природно соодветен стандарден број. На пример, RTD дава вредност на отпорот, а термопаровите даваат термоелектричен потенцијал на ниво на миливолт. Мерното коло треба да ги возбуди, да земе примерок, да ги засили, филтрира или компензира овие сигнали за да му овозможи на последователниот аналогно-дигитален конвертор да добие доволно стабилни и употребливи податоци.

За RTD, ако струјата на возбуда е преголема, таа ќе генерира самозагревање, предизвикувајќи зголемување на температурата на чувствителниот елемент, а со тоа воведувајќи дополнителни грешки. Затоа, „како да се измери“ само по себе е дел од точноста на мерењето на температурата, а не крајот на изборот на сензорот.

Чекор 4: Конверзија од аналогно во дигитално, конвертирање на континуирани промени во дигитални количини

Ако системот користи дигитален контролер, колото за аквизиција обично треба да го претвори аналогниот напон или струја во дигитални кодови преку аналогно-дигитален конвертор (ADC). На пример, откако ADC ќе земе примерок од аналогниот напон што одговара на промена на отпорот, контролорот добива серија цифри наместо физичка температура како „25℃“.

Во овој момент, системот се пресели од „мерење на електрични сигнали“ во „фаза на пресметување“.

Чекор 5: Пресметајте ја температурата врз основа на односот на калибрација

Конечно, контролорот ја претвора дигиталната количина во вредност на температурата според односот отпор-температура или напон-температура што одговара на сензорот. Овој процес може да користи пребарување на табели, пресметка на формула или коефициенти на калибрација. За стандардните платински отпорници, тој исто така ќе се конвертира во комбинација со соодветната стандардна формула и степенот на точност.

Значи, „25,3℃“ што го гледате е всушност резултат на заедничката работа на целиот мерен синџир, наместо директна дигитална вредност произведена од една компонента на сензорот.

Она што навистина заслужува да се запомни е: сензорот за температура е одговорен за „перцепција“, мерното коло е одговорно за „читање“, а алгоритмот и системот за контрола се одговорни за „разбирање“.

III. Конечни мисли: Она што навистина го прави сензорот за температура е да ја претвори „сензацијата“ во „податок“

Да се ​​вратиме на прашањето на почетокот на статијата: Што точно е температурен сензор?

Во една реченица: Не ја „гледа“ директно температурата, туку ги чувствува физичките промени предизвикани од температурата, потоа ги претвора овие промени во електрични сигнали, преку аквизиција, конверзија, калибрација и пресметка и на крајот ја добива температурната вредност што ја гледаме.

Разбирање на ова, многу последователни прашања ќе станат полесни: Зошто RTD се фокусира на односот отпор-температура? Зошто на термоспој му е потребна компензација на ладниот спој? Зошто NTC ја нагласува вредноста B? Зошто мерењето на струјата влијае на RTD? Зошто методот на инсталација на сензорот влијае на резултатот? Зошто производите со висока доверливост треба да подлежат на еколошки и механички тестови?

Затоа што сите тие во суштина одговараат на истото прашање: Како да се направат „температурните промени“ стабилни, точни и повторливи во „веродостојни податоци“.

——Извлечено од рецензирана јавна сметка