온도 센서

온도에 따라 변화하는 물질의 다양한 물리적 성질의 법칙을 이용해 온도를 전기로 변환하는 센서. 정기적으로 변하는 이러한 물리적 특성은 주로 물리적입니다. 온도 센서는 온도 측정 장비의 핵심 부품이며 다양한 종류가 있습니다. 측정 방법에 따라 접촉식과 비접촉식으로 나눌 수 있으며, 센서 재료와 전자 부품의 특성에 따라 열저항과 열전대 두 가지로 나눌 수 있습니다.

접촉식 온도 센서

접촉식 온도 센서의 감지 부분은 측정 대상과의 접촉이 양호하며 온도계라고도합니다. 온도 센서

온도계는 전도나 대류를 통해 열 평형에 도달하므로 온도계의 표시 값이 측정 대상의 온도를 직접적으로 나타낼 수 있습니다. 일반적으로 측정 정확도가 더 높습니다. 특정 온도 측정 범위 내에서 온도계는 물체 내부의 온도 분포도 측정할 수 있습니다. 그러나 움직이는 물체, 작은 물체 또는 열용량이 작은 물체의 경우 큰 측정 오류가 발생합니다. 일반적으로 사용되는 온도계에는 바이메탈 온도계, 유리 내 액체 온도계, 압력 온도계, 저항 온도계, 서미스터 및 열전대 등이 있습니다. 그들은 산업, 농업, 상업 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다. 사람들은 일상생활에서 이러한 온도계를 자주 사용합니다. 국방공학, 우주기술, 야금, 전자, 식품, 의약, 석유화학 산업에 극저온 기술이 폭넓게 응용되고 초전도 기술 연구에 따라 극저온 가스 온도계, 증기압력 등 120K 이하의 온도를 측정하는 극저온 온도계가 개발되었습니다. 온도계, 음향 온도계, 상자성 염 온도계, 양자 온도계, 저온 열 저항 및 저온 열전대 등 저온 온도계에는 작은 온도 감지 요소, 높은 정확도, 우수한 재현성 및 안정성이 필요합니다. 침탄유리 열저항체는 다공성 고규소유리를 침탄소결하여 만든 저온온도계의 감온소자로서 1.6~300K 범위의 온도를 측정하는데 사용할 수 있습니다.

이 단락 편집 비접촉 온도 센서

민감한 요소는 비접촉 온도 측정 장비라고도 알려진 측정 대상과 접촉하지 않습니다. 이 장비는 움직이는 물체, 작은 물체, 열용량이 작거나 온도 변화가 빠른 물체(천이)의 표면 온도를 측정하는 데 사용할 수 있습니다. 또한 온도 장의 온도 분포를 측정하는 데에도 사용할 수 있습니다. 온도 센서

가장 일반적으로 사용되는 비접촉식 온도 측정 장비는 흑체 복사의 기본 법칙을 기반으로 하며 복사 온도계라고 합니다. 복사 온도계에는 밝기 방법(광학 고온계 참조), 복사 방법(복사 고온계 참조) 및 비색 방법(비색 온도계 참조)이 포함됩니다. 다양한 복사 온도 측정 방법은 해당 광도 온도, 복사 온도 또는 비색 온도만 측정할 수 있습니다. 흑체(모든 방사선을 흡수하고 빛을 반사하지 않는 물체)에 대해 측정된 온도만이 실제 온도입니다. 물체의 실제 온도를 측정하려면 재료의 표면 방사율을 수정해야 합니다. 물질의 표면 방사율은 온도와 파장에 따라 달라질 뿐만 아니라 표면 상태, 코팅막, 미세 구조와도 관련되어 있어 정확한 측정이 어렵습니다. 자동화된 생산에서는 강철 스트립 압연 온도, 롤 온도, 야금 단조 온도, 제련로나 도가니의 다양한 용융 금속 온도와 같은 특정 물체의 표면 온도를 측정하거나 제어하기 위해 복사 온도계를 사용해야 하는 경우가 많습니다. . 이러한 특정한 경우 표면 방사율을 측정하는 것은 매우 어렵습니다. 고체 표면 온도의 자동 측정 및 제어를 위해 추가 반사경을 사용하여 측정된 표면과 함께 흑체 공동을 형성할 수 있습니다. 추가 방사선의 영향으로 측정된 표면의 유효 방사선 및 유효 방출 계수가 증가할 수 있습니다. 유효 방출 계수는 장비를 통해 측정된 온도를 그에 따라 보정하는 데 사용되며 최종적으로 측정된 표면의 실제 온도를 얻을 수 있습니다. 가장 일반적인 추가 반사경은 반구형 반사경입니다. 볼 중심 근처 측정 표면의 확산 방사선은 반구형 거울에 의해 표면으로 다시 반사되어 추가 방사선을 형성할 수 있으며, 이에 따라 공식에서 ε는 재료 표면 방사율이고 ρ는입니다. 거울의 반사율. 기체 및 액체 매체의 실제 온도에 대한 복사 측정에는 내열성 재료 튜브를 일정 깊이까지 삽입하여 흑체 공동을 형성하는 방법을 사용할 수 있습니다. 매체와 열평형에 도달한 후 원통형 공동의 유효 방출 계수는 계산을 통해 구해집니다. 자동 측정 및 제어에서 이 값은 측정된 캐비티 바닥 온도(예: 매체 온도)를 수정하여 매체의 실제 온도를 얻는 데 사용할 수 있습니다. 비접촉식 온도 측정의 장점: 측정 상한은 온도 감지 소자의 온도 저항에 의해 제한되지 않으므로 원칙적으로 최대 측정 가능 온도에 제한이 없습니다. 1800°C 이상의 고온에서는 비접촉식 온도 측정 방법이 주로 사용됩니다. 적외선 기술의 발달로 방사 온도 측정 온도 센서

가시광선에서 적외선으로 점차 확장되었으며, 700°C 이하의 온도에서 실온까지 사용되었으며 해상도가 매우 높습니다.

이 단락 편집 열전대

작동 원리

두 개의 서로 다른 도체와 반도체 A와 B가 루프를 형성하는 경우, 그 두 끝은 서로, 두 노드의 온도가 다른 한 한쪽 끝의 온도는 T이며 이를 작업 끝 또는 뜨거운 끝이라고 하며 다른 끝의 온도는 TO이며 이를 자유 끝( 기준단이라고도 함) 또는 Cold end인 경우 온도 센서가 반환됩니다.

그림 2-1(a)와 같이 회로에 전류가 생성됩니다. 회로를 열기전력이라고 합니다. 온도차에 의해 발생하는 기전력 현상을 제벡효과(Seebeck Effect)라고 합니다.

Seebeck과 관련된 두 가지 효과가 있습니다. 첫째, 서로 다른 두 도체의 연결을 통해 전류가 흐를 때(전류의 방향에 따라) 열이 흡수되거나 방출됩니다. 이를 Peltier 효과라고 합니다. 온도 구배에 따른 전류의 방향에 따라 도체가 열을 흡수하거나 방출하는데, 이를 톰슨 효과라고 합니다. 두 개의 서로 다른 도체 또는 반도체의 조합을 열전대라고 합니다. 열전대의 열전 전위 EAB(T, T0)는 접촉 전위와 온도차 전위로부터 합성됩니다. 접촉 전위는 두 개의 서로 다른 도체 또는 반도체 사이의 접촉점에서 생성되는 전위를 의미합니다. 이 전위는 두 도체 또는 반도체의 특성 및 접점의 온도와 관련됩니다. 열전 전위는 온도가 다른 두 끝의 동일한 도체 또는 반도체에서 발생하는 전위를 의미합니다. 이 전위는 도체 또는 반도체의 특성 및 양쪽 끝의 온도에만 관련되며 길이, 교차점과는 관련이 없습니다. - 도체의 단면 크기 또는 길이에 따른 온도 분포. 접촉 전위와 열전 전위는 모두 접촉 끝점에 집중된 서로 다른 수의 전자에 의해 생성된 전위입니다. 열전대가 측정한 열전 전위는 이 둘의 조합입니다. 루프가 단선되면 그림 2-1(b)와 같이 단선점 a와 b 사이에 기전력 차이 ΔV가 발생하며 그 극성과 크기는 루프 내의 열기전력과 일치한다. 그리고 냉단에서 전류가 A에서 B로 흐를 때 A를 양극, B를 음극이라고 규정하고 있습니다. 실험에 따르면 △V가 매우 작을 때 △V는 △T에 정비례합니다. △V 대 △T의 미분 열전 전위는 제벡 계수라고도 알려진 열전 전위율로 정의됩니다. 제벡 계수의 부호와 크기는 열전대를 구성하는 두 도체의 열전 특성과 접합점의 온도 차이에 따라 달라집니다.

유형

현재 국제전기기술위원회(IEC)에서는 표준화된 열전대로 8가지 유형의 열전대(T형, E형, J형, K형, N형, B형)를 권장하고 있습니다. 유형, R 유형 및 S 유형.

이 섹션 편집 열 저항

재료 특성

도체의 저항 값은 온도 변화에 따라 변하며 측정 대상의 온도를 추론할 수 있습니다. 이 원리를 이용해 제작한 온도센서는 저항값을 측정하는 저항온도센서로 주로 -200~500°C의 온도측정에 사용된다. 순금속은 열저항체의 주요 제조 재료이며, 열저항체의 재료는 다음과 같은 특성을 가져야 합니다. ①저항의 온도 계수가 크고 안정적이어야 하며, 저항값과 온도 사이에 좋은 선형 관계가 있어야 합니다. ②저항률이 높고 열용량이 작으며 반응 속도가 빠릅니다. ③재현성과 가공성이 좋고 가격이 저렴하다. 서미스터 온도 특성 ④온도 측정 범위 내에서 화학적, 물리적 특성이 안정적입니다. 현재 백금과 구리는 업계에서 가장 널리 사용되며 표준 온도 측정 열 저항기로 만들어졌습니다.

백금 저항

백금 저항과 온도의 관계는 선형에 가깝습니다(오른쪽 그림 참조). 0~630.74℃ 범위에서는 다음과 같이 표현할 수 있습니다. 다음 공식: -190~0℃ 범위의 Rt=R0(1+ At+Bt2)는 Rt=R0(1+At+Bt2+Ct3)입니다. 공식에서: RO 및 Rt는 온도 0° 및 t°에서 백금 저항기의 저항 값, t는 임의의 온도, A, B 및 C는 실험에 의해 결정된 온도 계수, A=3.9684×10-3 /℃, B= -5.847×10-7/℃2, C=-4.22×10-l2/℃3. 온도 센서의 R0 값이 다르면 동일한 온도에서 Rt 값도 다르다는 공식을 통해 알 수 있습니다.

구리 저항기

온도 측정 정확도가 높지 않고 온도 측정 범위가 상대적으로 작은 경우 백금 저항기 대신 구리 저항기를 사용하여 열 저항 재료를 만들 수 있습니다. -50~150℃의 온도 범위에서 구리 저항은 온도와 선형 관계를 갖습니다. 저항과 온도의 관계는 Rt=R0(1+At)(2-3)입니다. 4.25×10-3~4.28×10-3℃는 구리 저항의 온도 계수입니다.

온도 센서를 시뮬레이션하려면 이 단락을 편집하세요.

열전대, 서미스터 및 RTDS 모니터 온도와 같은 기존 아날로그 온도 센서와 일부 온도 범위의 선형 온도 센서

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좋지 않음. 냉접점 보상이나 리드 보상이 필요함. 열 관성이 크고 응답 시간이 느림. 통합형 아날로그 온도 센서에 비해 감도가 높고 선형성이 좋으며 응답 속도가 빠른 장점이 있습니다. 또한 구동 회로, 신호 처리 회로 및 필요한 논리 제어 회로를 단일 IC에 통합하고 실제 크기가 작습니다. 크기, 사용하기 쉽고 기타 장점. 일반적인 아날로그 온도 센서에는 LM3911, LM335, LM45, AD22103 전압 출력 유형 및 AD590 전류 출력 유형이 포함됩니다. 여기서는 주로 이러한 유형의 장치에 대한 몇 가지 일반적인 예를 소개합니다. AD590 온도 센서 AD590은 American Analog Devices Company의 전류 출력 온도 센서입니다. 공급 전압 범위는 3~30V, 출력 전류는 223μA(-50℃) ~ 423μA(+150℃), 감도는 1μA/℃입니다. . 샘플링 저항 R이 회로에 직렬로 연결되면 R 양단의 전압을 출력 전압으로 사용할 수 있습니다. R의 저항 값은 AD590의 양쪽 끝 전압이 3V 이상을 보장하기 위해 너무 클 수 없습니다. AD590 출력 전류 신호 전송 거리는 1km 이상에 도달할 수 있습니다.

최대 20MΩ의 고저항 전류 소스로서 선택기 스위치나 CMOS 멀티플렉서에 의해 발생하는 추가 저항으로 인해 발생하는 오류를 고려할 필요가 없습니다. 다점 온도 측정 및 원격 온도 측정 제어에 적합합니다. LM135/235/335 온도 센서 LM135/235/335 시리즈는 National Semiconductor(NS)에서 생산하는 고정밀 및 수정이 용이한 통합 온도 센서 온도 센서로 작동 특성은 통합 온도 센서와 유사합니다. .Na 전압 조정기 튜브. 이 장치 시리즈는 10mV/K의 감도, 1Ω 미만의 동적 임피던스, 400μA~5mA의 작동 전류 범위, 1℃의 정확도를 제공합니다. LM135의 온도 범위는 -55℃~+150℃입니다. LM235의 온도 범위는 -40℃ ~+125℃, LM335는 -40℃~+100℃입니다. 포장 형태에는 TO-46, TO-92 및 SO-8이 포함됩니다. 이 일련의 장치는 온도 측정, 온도차 측정 및 온도 보상 시스템에 널리 사용됩니다.

이 단락 편집 논리 출력 온도 센서

많은 응용 분야에서 온도 값을 엄격하게 측정할 필요는 없습니다. 온도가 설정된 범위를 초과하는지 여부만 고려하면 됩니다. 온도가 지정된 범위를 초과하면 팬, 에어컨, 히터 또는 기타 제어 장비를 시작하거나 종료하기 위해 경보 신호가 전송됩니다. 이 경우 논리 출력 온도 센서를 사용할 수 있습니다. LM56, MAX6501-MAX6504, MAX6509/6510이 대표적이다. LM56 온도 스위치 LM56은 NS사에서 생산하는 고정밀 저전압 온도 스위치로 1.25V 기준 전압 출력이 내장되어 있습니다. 최대 50μA의 부하만 전달할 수 있습니다. 전원 전압 범위는 2.7~10V, 최대 동작 전류는 230μA, 내장 센서의 감도는 6.2mV/℃, 센서 출력 전압은 6.2mV/℃×T+395mV이다. MAX6501/02/03/04 온도 모니터링 스위치 MAX6501/02/03/04는 로직 출력 및 SOT-23 패키지를 갖춘 온도 모니터링 장치 스위치입니다. 설계는 매우 간단합니다. 사용자는 제어에 가까운 온도를 선택합니다. 임계값이 필요합니다(공장에서 -45℃ ~ +115℃로 미리 설정되어 있으며, 미리 설정된 값 간격은 10℃입니다). 외부 부품 없이 회로에 연결하여 직접 사용할 수 있습니다. 온도 센서 중

MAX6501/MAX6503은 오픈 드레인 저레벨 경보 출력이고, MAX6502/MAX6504는 푸시/풀 고레벨 경보 출력이며, MAX6501/MAX6503은 열 온도 사전 설정 임계값(35℃~35℃)을 제공합니다. MAX6502/MAX6504는 저온 사전 설정 임계값(-45℃ ~ +15℃)을 제공하고 온도가 사전 설정된 임계값보다 낮을 때 경보를 울립니다. 노트북 컴퓨터, 휴대폰 등과 같이 간단한 온도 제한 초과 경보가 필요하지만 공간이 제한된 애플리케이션에 이상적입니다. 장치의 일반적인 온도 오류는 ±0.5°C, 최대 ±4°C, 히스테리시스 온도입니다. 온도가 임계값에 가까울 때 출력 불안정을 방지하기 위해 핀으로 2℃ 또는 10℃를 선택할 수 있습니다. 이 유형의 장치의 작동 전압 범위는 2.7~5.5V이며 일반적인 작동 전류는 30μA입니다.

이 단락 편집 디지털 온도 센서

MAX6575/76/77 디지털 온도 센서 디지털 인터페이스가 있는 온도 센서를 사용하면 위의 설계 문제가 단순화됩니다. 마찬가지로 A/D 및 마이크로프로세서 I/O 핀 공급이 부족한 경우 시간 또는 주파수 출력을 사용하는 온도 센서도 위의 측정 문제를 해결할 수 있습니다. MAX6575/76/77 시리즈 SOT-23 패키지 온도 센서를 예로 들어 보겠습니다. 이 유형의 장치는 단일 와이어와 마이크로프로세서를 통해 온도 데이터를 전송할 수 있으며 주파수, 주기 또는 타이밍이라는 세 가지 유연한 출력 방법을 제공합니다. ±0.8°C의 정확도, 하나의 라인으로 최대 8개의 센서 연결 가능, 150μA 일반 공급 전류, 2.7~5.5V의 넓은 공급 전압 범위 및 -45°C~+125°C의 온도 범위. 출력되는 구형파 신호는 절대 온도에 비례하는 주기를 가지며 6핀 SOT-23 패키지로 제공되며 작은 보드 면적만 차지합니다. 장치는 I/O를 통해 마이크로프로세서와 연결되며, 마이크로프로세서 내부의 카운터를 이용하여 사이클을 측정한 후 온도를 계산할 수 있습니다. 여러 지점을 감지하여 디지털 수량을 직접 출력할 수 있는 디지털 온도 센서 DS1612는 미국 Dallas Semiconductor Company에서 생산하는 CMOS 디지털 온도 센서입니다. 두 개의 비휘발성 메모리가 포함되어 있으며 온도 조절기의 온도를 제어하기 위해 메모리에서 온도 상한과 하한을 임의로 설정할 수 있습니다. 이러한 메모리는 비휘발성이므로 한 번 설정한 후에도 독립적으로 사용할 수 있습니다. CPU를 사용하지 않는 경우. DS1612 센서 온도 측정 원리 및 정확도: 발진 주파수 온도 계수가 큰 발진기(OSC1)와 온도 계수가 작은 발진기(OSC2)가 칩에 각각 설정됩니다. 온도가 낮을 ​​때 OSC2는 더 짧은 시간 동안 문을 열므로 온도 측정 카운터 카운트 값(n)은 온도가 높을 때 OSC2가 더 오랜 시간 동안 문을 열므로 그 카운트 값(m)이 더 작습니다. 증가합니다.

위의 카운트 값에 실제 온도와 다른 보정 데이터를 더하면 고정밀 디지털 온도 센서를 구성할 수 있다. 회사는 이 보정 값을 칩의 비휘발성 메모리에 설정하므로 보정 없이 센서의 디지털 출력을 실제 측정된 온도 데이터로 사용할 수 있습니다. 측정 가능한 온도 범위는 -55℃~+125℃입니다. 0℃~+70℃ 범위에서 측정 정확도는 ±0.5℃입니다. 출력 9비트 코드는 온도에 직접적으로 대응됩니다. DS1621과 외부 회로 간의 제어 신호 및 데이터 통신은 양방향 버스를 통해 실현되며, SCL(직렬 클록 펄스)은 SDA가 양방향 데이터 라인입니다. 주소 핀 A0, A1, A2를 통해 각 장치에 8개의 서로 다른 주소가 할당됩니다. 레지스터를 설정하여 작업 모드를 설정하고 작업 상태를 모니터링하십시오. 측정된 온도 데이터는 온도 센서 레지스터에 저장되며, 고온(TH) 및 저온(TL) 임계값 레지스터에는 온도 조절기 출력(Tout)의 임계값이 저장됩니다. 요즘에는 다양한 통합 온도 센서의 기능이 점점 더 전문화되고 있습니다. 예를 들어, MAXIM이 최근 출시한 MAX1619는 원격 P-N 접합 및 자체 패키지의 온도를 모니터링할 수 있는 향상된 정밀 원격 디지털 온도 센서입니다. ALERT 및 OVERT의 이중 경보 출력이 있습니다. ALERT는 각 센서의 고온/저온 상태를 나타내는 데 사용됩니다. OVERT 신호는 원격 온도 센서가 상한을 초과할 때 트리거되는 자동 온도 조절기와 동일하며 MAX1617A와 완전히 호환되는 소프트웨어입니다. 시스템 종료 또는 팬 제어는 시스템 "교착 상태" 후에도 정상적으로 작동합니다. 미국 Dallas Semiconductor Company의 DS1615는 기록 기능을 갖춘 온도 센서이다. 이 장치에는 실시간 시계, 디지털 온도 센서, 비휘발성 메모리, 제어 논리 회로 및 직렬 인터페이스 회로가 포함되어 있습니다. 디지털 온도센서의 측정범위는 -40℃~+85℃, 정확도는 ±2℃, 9자리 판독시 분해능은 0.03125℃이다. 시계는 2100년까지의 윤년을 수정하여 초부터 연도, 월까지의 시간을 제공합니다. 전원 전압은 2.2V~5.5V, 8핀 SOIC 패키지입니다. DS17775는 디지털 온도계 및 온도 조절기 컨트롤러 집적 회로입니다. 여기에는 디지털 온도 센서, A/D 변환기, 디지털 레지스터, 온도 조절 제어 비교기 및 2선 직렬 인터페이스 회로가 포함됩니다. 공급 전압이 3V ~ 5V일 때 측정 온도 정확도는 ±2°C, 9비트를 읽을 때의 분해능은 0.5°C, 13비트를 읽을 때의 분해능은 0.03125°C입니다.

이 단락 편집 개발 동향

현대 정보 기술의 세 가지 기반은 정보 수집(예: 센서 기술), 정보 전송(통신 기술) 및 정보 처리(컴퓨터 기술)입니다. 센서는 정보 기술의 최첨단 제품으로, 특히 산업 및 농업 생산, 과학 연구, 일상 생활에 널리 사용됩니다. 온도 센서의 개발은 대략 다음과 같은 세 단계를 거쳤습니다. (1) 기존의 개별 온도 센서(민감한 구성 요소 포함), (2) 아날로그 통합 온도 센서/컨트롤러, (3) 지능형 온도 센서. 세계의 새로운 온도 센서는 아날로그에서 디지털로, 통합에서 지능과 네트워킹으로 발전하고 있습니다. 1990년대 중반에 출시된 최초의 스마트 온도 센서는 8비트 A/D 변환기를 사용했는데, 이는 온도 측정 정확도가 낮고 분해능이 1°C에 불과했습니다. 외국에서는 9~12비트 A/D 변환기를 사용하는 다양한 고정밀, 고해상도 지능형 온도 센서를 연속적으로 출시했으며 분해능은 일반적으로 0.5~0.0625°C에 도달할 수 있습니다. 미국 DALLAS Semiconductor Company가 새로 개발한 DS1624 고해상도 지능형 온도 센서는 최대 0.03125°C의 분해능과 ±0.2°C의 온도 측정 정확도로 13비트 바이너리 데이터를 출력할 수 있습니다. 다중 채널 지능형 온도 센서의 변환 속도를 향상시키기 위해 일부 칩은 고속 연속 근사 A/D 변환기를 사용합니다. AD7817 5채널 지능형 온도 센서를 예로 들면 로컬 센서와 각 원격 센서의 변환 시간은 각각 27us와 9us에 불과합니다. 21세기에 들어서면서 지능형 온도센서는 고정밀, 다기능, 버스표준화, 고신뢰성 및 보안성, 가상센서 및 네트워크 센서 개발, 단일칩 온도측정 개발 등 첨단기술 방향으로 급속히 발전하고 있다. 시스템. 현재 지능형 온도 센서의 버스 기술도 표준화되고 표준화되었습니다. 주로 사용되는 버스에는 단일 와이어(1-Wire) 버스, I2C 버스, SMBus 버스 및 spI 버스가 포함됩니다. 슬레이브로서 온도 센서는 전용 버스 인터페이스를 통해 호스트와 통신할 수 있습니다.