तापमान सेंसर - प्रकार, कार्य और संचालन

तापमान सबसे अधिक बार मापा पर्यावरण मात्रा है। यह अपेक्षा की जा सकती है क्योंकि अधिकांश भौतिक, इलेक्ट्रॉनिक, रासायनिक, यांत्रिक और जैविक प्रणालियां तापमान से प्रभावित होती हैं। कुछ रासायनिक प्रतिक्रियाएँ, जैविक प्रक्रियाएँ, और यहाँ तक कि इलेक्ट्रॉनिक सर्किट भी सीमित तापमान सीमाओं के भीतर सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शन करते हैं। तापमान सबसे अधिक मापे जाने वाले चरों में से एक है और इसलिए यह आश्चर्यजनक नहीं है कि इसके संवेदन के कई तरीके हैं। तापमान संवेदन इसके बजाय विकिरण ऊर्जा का उपयोग कर स्रोत के साथ सीधे संपर्क के बिना, हीटिंग स्रोत या दूरस्थ रूप से सीधे संपर्क के माध्यम से किया जा सकता है। थर्मोकॉल्स, प्रतिरोध तापमान डिटेक्टर (आरटीडी), थर्मिस्टर्स, इन्फ्रारेड, और सेमीकंडक्टर सेंसर सहित आज बाजार पर तापमान सेंसर की एक विस्तृत विविधता है।

5 प्रकार के तापमान सेंसर

• थर्मोकपल : यह एक प्रकार का टेम्परेचर सेंसर है, जिसे एक सिरे पर दो डिसमिलर धातुओं को मिलाकर बनाया जाता है। शामिल किए गए अंत को HOT JUNCTION के नाम से जाना जाता है। इन असमान धातुओं के दूसरे छोर को COLD END या COLD JUNCTION के रूप में जाना जाता है। ठंडा जंक्शन थर्मोकपल सामग्री के अंतिम बिंदु पर बनता है। यदि गर्म जंक्शन और ठंडे जंक्शन के बीच तापमान में अंतर होता है, तो एक छोटा वोल्टेज बनाया जाता है। इस वोल्टेज को EMF (इलेक्ट्रो-मोटिव फोर्स) के रूप में संदर्भित किया जाता है और इसे तापमान को इंगित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।

थर्मोकपल

• आरटीडी एक तापमान-संवेदी उपकरण है जिसका प्रतिरोध तापमान के साथ बदलता है। आमतौर पर प्लैटिनम से निर्मित, हालांकि निकल या तांबे से बने उपकरण असामान्य नहीं होते हैं, आरटीडी तार के घाव, पतली फिल्म जैसे कई अलग-अलग आकार ले सकते हैं। आरटीडी के पार प्रतिरोध को मापने के लिए, एक निरंतर धारा लागू करें, परिणामी वोल्टेज को मापें, और आरटीडी प्रतिरोध निर्धारित करें। आरटीडी काफी रैखिक प्रदर्शित करते हैं तापमान घटता के लिए प्रतिरोध उनके ऑपरेटिंग क्षेत्रों और किसी भी ग़ैरबराबरी पर अत्यधिक पूर्वानुमान और दोहराने योग्य है। तापमान को मापने के लिए PT100 RTD मूल्यांकन बोर्ड सतह माउंट RTD का उपयोग करता है। एक बाहरी 2, 3 या 4-तार PT100 को दूरस्थ क्षेत्रों में माप तापमान से भी जोड़ा जा सकता है। RTD एक निरंतर वर्तमान स्रोत का उपयोग कर पक्षपाती हैं। बिजली अपव्यय के कारण आत्म-गर्मी को कम करने के लिए, वर्तमान परिमाण मामूली कम है। चित्र में दिखाया गया सर्किट स्थिर वर्तमान स्रोत एक संदर्भ वोल्टेज, एक एम्पलीफायर और एक पीएनपी ट्रांजिस्टर का उपयोग करता है।

• थर्मिस्टर : RTD के समान, थर्मिस्टर एक तापमान-संवेदी उपकरण है जिसका प्रतिरोध तापमान के साथ बदलता है। थर्मिस्टर्स, हालांकि, अर्धचालक सामग्री से बने होते हैं। प्रतिरोध आरटीडी के रूप में उसी तरह से निर्धारित किया जाता है, लेकिन थर्मिस्टर्स एक अत्यधिक नॉनलाइनियर प्रतिरोध बनाम तापमान वक्र का प्रदर्शन करते हैं। इस प्रकार, थर्मिस्टर्स ऑपरेटिंग रेंज में, हम एक बहुत छोटे तापमान परिवर्तन के लिए एक बड़ा प्रतिरोध परिवर्तन देख सकते हैं। यह अत्यधिक संवेदनशील डिवाइस के लिए, सेट-पॉइंट एप्लिकेशन के लिए आदर्श बनाता है।

• सेमीकंडक्टर सेंसर : उन्हें विभिन्न प्रकारों में वर्गीकृत किया जाता है जैसे वोल्टेज आउटपुट, करंट आउटपुट, डिजिटल आउटपुट, रेजिस्टेंस आउटपुट सिलिकॉन और डायोड तापमान सेंसर। आधुनिक अर्धचालक तापमान सेंसर लगभग 55 डिग्री सेल्सियस से 150 डिग्री सेल्सियस के ऑपरेटिंग रेंज पर उच्च सटीकता और उच्च रैखिकता प्रदान करते हैं। आंतरिक एम्पलीफायरों आउटपुट को सुविधाजनक मानों, जैसे 10mV / ° C में स्केल कर सकते हैं। वे व्यापक तापमान रेंज थर्मोकॉल के लिए कोल्ड-जंक्शन क्षतिपूर्ति सर्किट में भी उपयोगी हैं। इस प्रकार के तापमान संवेदक के बारे में संक्षिप्त विवरण नीचे दिया गया है।

सेंसर आईसी

तापमान संवेदक आईसी की एक विस्तृत विविधता है जो तापमान निगरानी चुनौतियों की व्यापक संभव सीमा को सरल बनाने के लिए उपलब्ध हैं। ये सिलिकॉन तापमान सेंसर महत्वपूर्ण प्रकारों के एक जोड़े में उपर्युक्त प्रकारों से काफी भिन्न होते हैं। पहला ऑपरेटिंग तापमान रेंज है। एक टेम्परेचर सेंसर IC -55 ° C से + 150 ° C तक नाममात्र IC तापमान रेंज पर काम कर सकता है। दूसरा प्रमुख अंतर कार्यक्षमता है।

एक सिलिकॉन तापमान सेंसर एक एकीकृत सर्किट है, और इसलिए, सेंसर के समान पैकेज के भीतर व्यापक सिग्नल प्रोसेसिंग सर्किटरी शामिल कर सकते हैं। तापमान संवेदक आईसीएस के लिए क्षतिपूर्ति सर्किट जोड़ने की आवश्यकता नहीं है। इनमें से कुछ वोल्टेज या वर्तमान आउटपुट के साथ एनालॉग सर्किट हैं। अन्य लोग अलर्ट-कार्य प्रदान करने के लिए वोल्टेज तुलनित्र के साथ एनालॉग-सेंसिंग सर्किट को जोड़ते हैं। कुछ अन्य संवेदक आईसी डिजिटल-इनपुट / आउटपुट के साथ एनालॉग-सेंसिंग सर्किटरी को जोड़ते हैं और नियंत्रण रजिस्टर उन्हें माइक्रोप्रोसेसर-आधारित प्रणालियों के लिए एक आदर्श समाधान बनाता है।

डिजिटल आउटपुट सेंसर में आमतौर पर एक तापमान सेंसर, एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर (एडीसी), एक दो-तार डिजिटल इंटरफ़ेस और आईसी के संचालन को नियंत्रित करने के लिए रजिस्टर होता है। तापमान लगातार मापा जाता है और किसी भी समय पढ़ा जा सकता है। यदि वांछित है, तो मेजबान प्रोसेसर तापमान को मॉनिटर करने के लिए सेंसर को निर्देश दे सकता है और यदि तापमान एक प्रोग्राम की सीमा से अधिक है, तो आउटपुट पिन उच्च (या कम) ले सकता है। निचले दहलीज तापमान को भी प्रोग्राम किया जा सकता है और जब तापमान इस सीमा से नीचे गिर जाता है तो मेजबान को सूचित किया जा सकता है। इस प्रकार, डिजिटल आउटपुट सेंसर का उपयोग माइक्रोप्रोसेसर-आधारित प्रणालियों में विश्वसनीय तापमान निगरानी के लिए किया जा सकता है।

तापमान सेंसर

उपरोक्त तापमान संवेदक में तीन टर्मिनल हैं और अधिकतम 5.5 V आपूर्ति की आवश्यकता है। इस प्रकार के सेंसर में एक सामग्री होती है जो प्रतिरोध को अलग करने के लिए तापमान के अनुसार संचालित होती है। प्रतिरोध के इस परिवर्तन को सर्किट द्वारा महसूस किया जाता है और यह तापमान की गणना करता है। जब वोल्टेज बढ़ता है तो तापमान भी बढ़ जाता है। हम डायोड का उपयोग करके इस ऑपरेशन को देख सकते हैं।

तापमान सेंसर सीधे माइक्रोप्रोसेसर इनपुट से जुड़े होते हैं और इस प्रकार माइक्रोप्रोसेसर के साथ प्रत्यक्ष और विश्वसनीय संचार करने में सक्षम होते हैं। सेंसर इकाई ए / डी कन्वर्टर्स की आवश्यकता के बिना कम लागत वाले प्रोसेसर के साथ प्रभावी ढंग से संवाद कर सकती है।

एक तापमान सेंसर का एक उदाहरण है LM35 । LM35 श्रृंखला सटीक एकीकृत-सर्किट तापमान सेंसर हैं, जिनके आउटपुट वोल्टेज रैखिक रूप से सेल्सियस तापमान के आनुपातिक हैं। LM35 -55˚ से + 12035C पर संचालित होता है।

मूल सेंटीग्रेड तापमान सेंसर (+ 2˚C से + 150 )C) नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है।

LM35 तापमान सेंसर की विशेषताएं:

• सीधे (सेल्सियस (सेंटीग्रेड) में कैलिब्रेटेड
• फुल l full55˚ से + 150 rangeC रेंज के लिए रेटेड
• दूरस्थ अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है
• वेफर-स्तरीय ट्रिमिंग के कारण कम लागत
• 4 से 30 वोल्ट तक संचालित होता है
• कम आत्म-हीटिंग,
• ठेठ nonlinearity के typical 1 / 4±C

LM35 का संचालन:

• LM35 को अन्य एकीकृत-सर्किट तापमान सेंसर की तरह आसानी से जोड़ा जा सकता है। इसे एक सतह पर अटक या स्थापित किया जा सकता है और इसका तापमान सतह के तापमान के 0.01 ofC की सीमा के आसपास होगा।
• यह माना जाता है कि परिवेशी वायु का तापमान सतह के तापमान के समान ही होता है यदि हवा का तापमान सतह के तापमान से बहुत अधिक या कम होता है, तो LM35 के मरने का वास्तविक तापमान सतह के तापमान और हवा के बीच एक मध्यवर्ती तापमान पर होगा तापमान।

तापमान सेंसर में पर्यावरण और प्रक्रिया नियंत्रण और परीक्षण, माप और संचार में भी प्रसिद्ध अनुप्रयोग हैं। एक डिजिटल तापमान एक सेंसर है, जो 9-बिट तापमान रीडिंग प्रदान करता है। डिजिटल तापमान सेंसर उत्कृष्ट सटीकता प्रदान करते हैं, इन्हें 0 ° C से 70 ° C तक पढ़ने के लिए डिज़ाइन किया गया है और यह precise 0.5% C सटीकता प्राप्त करना संभव है। ये सेंसर पूरी तरह से डिजिटल तापमान रीडिंग के साथ डिग्री सेल्सियस में संरेखित हैं।

• डिजिटल तापमान सेंसर: डिजिटल तापमान सेंसर आवेदन के भीतर ए / डी कनवर्टर जैसे अतिरिक्त घटकों के लिए आवश्यकता को समाप्त करते हैं, और थर्मिस्टर्स का उपयोग करते समय आवश्यक संदर्भ तापमान पर घटकों या सिस्टम को जांचने की आवश्यकता नहीं होती है। डिजिटल तापमान सेंसर सब कुछ से निपटते हैं, बुनियादी सिस्टम तापमान निगरानी फ़ंक्शन को सरल बनाने के लिए सशक्त करते हैं।

एक डिजिटल तापमान सेंसर के फायदे डिग्री सेल्सियस में इसके सटीक आउटपुट के साथ प्रमुख हैं। सेंसर आउटपुट एक संतुलित डिजिटल रीडिंग है। यह कोई अन्य घटक नहीं रखता है, जैसे कि डिजिटल कनवर्टर के अनुरूप और उपयोग करने के लिए बहुत सरल, एक साधारण थर्मिस्टर जो तापमान भिन्नता के साथ एक गैर-रैखिक प्रतिरोध प्रदान करता है।

एक डिजिटल तापमान सेंसर का एक उदाहरण DS1621 है, जो 9-बिट तापमान रीडिंग प्रदान करता है।

DS1621 की विशेषताएं:

1. किसी बाहरी घटक की आवश्यकता नहीं है।
2. -55⁰C से + 125 rangeC का 0.5vals अंतराल में तापमान रेंज मापा जाता है।
3. 9-बिट रीडिंग के रूप में तापमान मान देता है।
4. वाइड पावर सप्लाई रेंज (2.7V से 5.5V)।
5. एक सेकंड से भी कम समय में डिजिटल शब्द को तापमान प्रदान करता है।
6. थर्मास्टाटिक सेटिंग्स उपयोगकर्ता-निश्चित और गैर-अस्थिर हैं।
7. यह एक 8-पिन डीआईपी है।

पिन विवरण:

• एसडीए - 2-वायर सीरियल डेटा इनपुट / आउटपुट।
• एससीएल - 2-वायर सीरियल क्लॉक।
• GND - ग्राउंड।
• TOUT - थर्मोस्टेट आउटपुट सिग्नल।
• A0 - चिप पता इनपुट।
• A1 - चिप पता इनपुट।
• A2 - चिप पता इनपुट।
• VDD - विद्युत आपूर्ति वोल्टेज।

DS1621 का कार्य:

• जब डिवाइस का तापमान उपयोगकर्ता द्वारा परिभाषित तापमान से अधिक होता है तो आउटपुट TOUT सक्रिय होता है। उत्पादन तब तक सक्रिय रहेगा जब तक तापमान उपयोगकर्ता द्वारा निर्धारित तापमान LOW से कम नहीं हो जाता।
• उपयोगकर्ता-परिभाषित तापमान सेटिंग्स को गैर-वाष्पशील मेमोरी में सहेजा जाता है, ताकि इसे सिस्टम में डालने से पहले प्रोग्राम किया जा सके।
• तापमान रीडिंग 9-बिट में प्रदान की जाती है, प्रोग्रामिंग में READ TEMPERATURE कमांड जारी करके दो का पूरक रीडिंग।
• DS1612 से तापमान रीडिंग और तापमान रीडिंग के आउटपुट के लिए DS16121 के इनपुट के लिए एक 2 वायर सीरियल इंटरफ़ेस का उपयोग किया जाता है

चित्र का श्रेय देना:

• तापमान सेंसर द्वारा विकिमीडिया