온도 센서 – 유형, 작동 및 작동

온도는 가장 자주 측정되는 환경 양입니다. 대부분의 물리적, 전자적, 화학적, 기계적 및 생물학적 시스템은 온도의 영향을 받기 때문에 예상 할 수 있습니다. 특정 화학 반응, 생물학적 과정 및 전자 회로도 제한된 온도 범위 내에서 가장 잘 수행됩니다. 온도는 가장 일반적으로 측정되는 변수 중 하나이므로이를 감지하는 방법이 많다는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 온도 감지 열원과의 직접 접촉을 통해 또는 복사 에너지를 사용하는 소스와 직접 접촉하지 않고 원격으로 수행 할 수 있습니다. 오늘날 시장에는 열전대, 저항 온도 감지기 (RTD), 서미스터, 적외선 및 반도체 센서를 포함한 다양한 온도 센서가 있습니다.

5 가지 유형의 온도 센서

• 열전대 : 온도 센서의 일종으로 한쪽 끝이 서로 다른 두 개의 금속을 접합하여 만들어집니다. 결합 된 끝을 HOT JUNCTION이라고합니다. 이러한 이종 금속의 다른 쪽 끝을 COLD END 또는 COLD JUNCTION이라고합니다. 냉 접점은 열전대 재료의 마지막 지점에서 형성됩니다. 열 접점과 냉 접점 사이에 온도차가 있으면 작은 전압이 생성됩니다. 이 전압을 EMF (기전력)라고하며 측정하여 온도를 표시하는 데 사용할 수 있습니다.

열전대

• RTD 온도에 따라 저항이 변하는 온도 감지 장치입니다. 일반적으로 백금으로 제작되지만 니켈 또는 구리로 만든 장치는 드물지 않지만 RTD는 권선, 박막과 같은 다양한 모양을 취할 수 있습니다. RTD에서 저항을 측정하려면 정전류를 적용하고 결과 전압을 측정하고 RTD 저항을 결정합니다. RTD는 상당히 선형 적입니다. 온도 곡선에 대한 내성 운영 영역과 비선형 성은 매우 예측 가능하고 반복 가능합니다. PT100 RTD 평가 보드는 표면 실장 RTD를 사용하여 온도를 측정합니다. 외부 2, 3 또는 4 선 PT100은 원격 지역의 온도 측정과도 연관 될 수 있습니다. RTD는 정전류 소스를 사용하여 바이어스됩니다. 전력 손실로 인한 자체 발열을 줄이기 위해 전류 크기는 적당히 낮습니다. 그림에 표시된 회로는 기준 전압, 증폭기 1 개 및 PNP 트랜지스터를 사용하는 정전류 소스입니다.

• 서미스터 : RTD와 유사하게 써미스터는 온도에 따라 저항이 변하는 온도 감지 장치입니다. 그러나 서미스터는 반도체 재료로 만들어집니다. 저항은 RTD와 동일한 방식으로 결정되지만 서미스터는 높은 비선형 저항 대 온도 곡선을 나타냅니다. 따라서 서미스터 작동 범위에서 매우 작은 온도 변화에 대해 큰 저항 변화를 볼 수 있습니다. 이것은 매우 민감한 장치를 만들고 설정 점 응용 프로그램에 이상적입니다.

• 반도체 센서 : 전압 출력, 전류 출력, 디지털 출력, 저항 출력 실리콘, 다이오드 온도 센서 등 다양한 유형으로 분류됩니다. 최신 반도체 온도 센서는 약 55 ° C ~ + 150 ° C의 작동 범위에서 높은 정확도와 높은 선형성을 제공합니다. 내부 증폭기는 10mV / ° C와 같은 편리한 값으로 출력을 확장 할 수 있습니다. 또한 넓은 온도 범위의 열전대를위한 냉 접점 보상 회로에도 유용합니다. 이 유형의 온도 센서에 대한 간략한 세부 정보는 다음과 같습니다.

센서 IC

가능한 가장 광범위한 온도 모니터링 문제를 단순화하는 데 사용할 수있는 다양한 온도 센서 IC가 있습니다. 이러한 실리콘 온도 센서는 몇 가지 중요한 측면에서 위에서 언급 한 유형과 크게 다릅니다. 첫 번째는 작동 온도 범위입니다. 온도 센서 IC는 -55 ° C ~ + 150 ° C의 공칭 IC 온도 범위에서 작동 할 수 있습니다. 두 번째 주요 차이점은 기능입니다.

실리콘 온도 센서는 집적 회로이므로 센서와 동일한 패키지 내에 광범위한 신호 처리 회로를 포함 할 수 있습니다. 온도 센서 ICS에 대한 보상 회로를 추가 할 필요가 없습니다. 이들 중 일부는 전압 또는 전류 출력이있는 아날로그 회로입니다. 다른 것들은 경보 기능을 제공하기 위해 아날로그 감지 회로와 전압 비교기를 결합합니다. 일부 다른 센서 IC는 아날로그 감지 회로를 디지털 입력 / 출력 및 제어 레지스터 , 마이크로 프로세서 기반 시스템에 이상적인 솔루션입니다.

디지털 출력 센서에는 일반적으로 온도 센서, 아날로그-디지털 변환기 (ADC), 2 선식 디지털 인터페이스 및 IC 작동 제어를위한 레지스터가 포함됩니다. 온도는 지속적으로 측정되며 언제든지 읽을 수 있습니다. 원하는 경우 호스트 프로세서는 센서에 온도를 모니터링하고 온도가 프로그래밍 된 한계를 초과하는 경우 출력 핀을 높거나 낮게 설정하도록 지시 할 수 있습니다. 낮은 임계 값 온도도 프로그래밍 할 수 있으며 온도가이 임계 값 아래로 떨어졌을 때 호스트에 알릴 수 있습니다. 따라서 디지털 출력 센서는 마이크로 프로세서 기반 시스템에서 안정적인 온도 모니터링에 사용될 수 있습니다.

온도 센서

위 온도 센서에는 3 개의 단자가 있으며 최대 5.5V 공급이 필요합니다. 이 유형의 센서는 저항을 변화시키기 위해 온도에 따라 작동하는 재료로 구성됩니다. 이 저항의 변화는 회로에 의해 감지되고 온도를 계산합니다. 전압이 상승하면 온도도 상승합니다. 다이오드를 사용하여이 동작을 볼 수 있습니다.

마이크로 프로세서 입력에 직접 연결된 온도 센서로 마이크로 프로세서와 직접적이고 안정적인 통신이 가능합니다. 센서 유닛은 A / D 컨버터 없이도 저비용 프로세서와 효과적으로 통신 할 수 있습니다.

온도 센서의 예는 다음과 같습니다. LM35 . LM35 시리즈는 정밀 집적 회로 온도 센서로, 출력 전압은 섭씨 온도에 선형 적으로 비례합니다. LM35는 -55˚ ~ + 120˚C에서 작동합니다.

기본 섭씨 온도 센서 (+ 2˚C ~ + 150˚C)는 아래 그림과 같습니다.

LM35 온도 센서의 특징 :

• ˚ 섭씨 (섭씨)에서 직접 보정
• 전체 l −55˚ ~ + 150˚C 범위에 대한 정격
• 원격 애플리케이션에 적합
• 웨이퍼 레벨 트리밍으로 인한 저렴한 비용
• 4 ~ 30V에서 작동
• 낮은 자기 발열,
• ± 1 / 4˚C의 일반적인 비선형 성

LM35의 작동 :

• LM35는 다른 통합 회로 온도 센서와 동일한 방식으로 쉽게 연결할 수 있습니다. 표면에 달라 붙거나 고정 될 수 있으며 온도는 표면 온도의 약 0.01˚C 범위 내에 있습니다.
• 이는 대기 온도가 표면 온도보다 훨씬 높거나 낮은 경우 주변 공기 온도가 표면 온도와 거의 동일하다고 가정하고, LM35 다이의 실제 온도는 표면 온도와 공기 사이의 중간 온도에있을 것입니다. 온도.

온도 센서는 환경 및 공정 제어 및 테스트, 측정 및 통신 분야에서 잘 알려진 응용 분야를 가지고 있습니다. 디지털 온도는 9 비트 온도 판독 값을 제공하는 센서입니다. 디지털 온도 센서는 뛰어난 정밀 정확도를 제공하며 0 ° C ~ 70 ° C에서 판독하도록 설계되었으며 ± 0.5 ° C 정확도를 달성 할 수 있습니다. 이 센서는 섭씨 디지털 온도 판독 값과 완전히 일치합니다.

• 디지털 온도 센서 : 디지털 온도 센서는 애플리케이션 내에서 A / D 컨버터와 같은 추가 구성 요소가 필요하지 않으며 서미스터를 사용할 때 필요에 따라 특정 기준 온도에서 구성 요소 또는 시스템을 보정 할 필요가 없습니다. 디지털 온도 센서는 모든 것을 처리하여 기본 시스템 온도 모니터링 기능을 단순화합니다.

디지털 온도 센서의 장점은 섭씨 단위의 정밀 출력에 있습니다. 센서 출력은 균형 잡힌 디지털 판독 값입니다. 이것은 아날로그-디지털 변환기와 같은 다른 구성 요소가 아니며 온도 변화와 함께 비선형 저항을 제공하는 단순한 서미스터보다 훨씬 사용하기 쉽습니다.

디지털 온도 센서의 예는 9 비트 온도 판독 값을 제공하는 DS1621입니다.

DS1621 특징 :

1. 외부 구성 요소가 필요하지 않습니다.
2. 0.5⁰ 간격으로 -55⁰C ~ + 125⁰C의 온도 범위가 측정됩니다.
3. 온도 값을 9 비트 판독 값으로 제공합니다.
4. 넓은 전원 공급 범위 (2.7V ~ 5.5V).
5. 1 초 이내에 온도를 디지털 워드로 변환합니다.
6. 온도 조절 설정은 사용자가 정의 할 수 있으며 비 휘발성입니다.
7. 8 핀 DIP입니다.

핀 설명 :

• SDA – 2-Wire 직렬 데이터 입력 / 출력.
• SCL – 2-Wire 직렬 클록.
• GND – 접지.
• TOUT – 온도 조절기 출력 신호.
• A0 – 칩 주소 입력.
• A1 – 칩 주소 입력.
• A2 – 칩 주소 입력.
• VDD – 전원 공급 장치 전압.

DS1621의 작동 :

• 장치의 온도가 사용자 정의 온도 HIGH를 초과하면 출력 TOUT이 활성화됩니다. 출력은 온도가 사용자 정의 온도 LOW 아래로 떨어질 때까지 활성 상태로 유지됩니다.
• 사용자 정의 온도 설정은 비 휘발성 메모리에 저장되므로 시스템에 삽입하기 전에 프로그래밍 할 수 있습니다.
• 온도 판독 값은 프로그래밍에서 READ TEMPERATURE 명령을 실행하여 9 비트, 2의 보완 판독 값으로 제공됩니다.
• 2 선 직렬 인터페이스는 온도 설정 및 DS1621에서 온도 판독 출력을 위해 DS16121에 대한 입력에 사용됩니다.

사진 크레딧 :

• 온도 센서 위키 미디어