Как подключить датчик температуры самостоятельно

Как подключить датчик температуры? Доставляем то, что должны были поставить ещё на заводе

Температурные датчики сегодня широко распространены и могут быть использованы практически в любой сфере. В качестве примера можно привести применение температурного датчика для фиксирования температуры окружающей среды в автомобиле. На сайте http://skidkosnab. ->

Источник: euroelectrica.ru

Виды датчиков температуры

Термосопротивления (ТС, RTD, Термометры сопротивления) — работа данного типа датчиков основана на изменении электрического сопротивления материалов в зависимости от внешней температуры. Такая зависимость называется номинальной статической характеристикой НСХ.

Основными материалами, из которых изготавливаются датчики являются платина, либо медь, иногда никель. Данные материалы обладают высоким температурным коэффициентом сопротивления и близкой к линейной зависимостью сопротивления от температуры. Наиболее часто встречаются датчики типа Pt100, Pt500, Pt1000, 50П, 100П, 50М, 100М . Буквы, указанные в характеристике обозначают материал, который лежит в основе датчика (Pt, П — платина, М — Медь), цифры обозначают сопротивление датчика при 0 градусов Цельсия.

Основными техническими характеристиками, на которые стоит обращать внимание при выборе термосопротивлений, являются точность измерений (класс допуска), диапазон измерений температур, номинальная статическая характеристика.

Полупроводниковые термосопротивления (Терморезисторы, Термисторы) —  принцип работы данного вида термосопротивлений также основан на изменении сопротивления в зависимости от температуры, но в отличии от предыдущего вида он может иметь как прямую, так и обратную характеристику в зависимости от типа:

PTC (Positive Temperature Coefficient ) — термисторы с положительным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС). Для данного типа характерно свойство резко увеличивать свое сопротивление при достижении заданной температуры

NTC (Negative Temperature Coefficient) — термисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС) . Являются противоположностью PTC, при достижении заданной температуры их сопротивление резко уменьшается

Датчики на основе данных типов термисторов обладают большим температурным коэффициентом, но при этом имеют нелинейную характеристику.

Термопары ( Термоэлектрические преобразователи) — в основе работы данного типа лежит термоэлектрический эффект или эффект Зеебека. Он основан на возникновении при нагреве термо-ЭДС между концами двух разнородных по составу проводников, соединенных между собой. Под действием термо-ЭДС в замкнутой цепи начинает протекать электрический ток, пропорциональный разности температур.

Цепь, состоящая из двух различных проводников, или как их называют термоэлектродов, и будет называться термопарой. Спаянные концы проводников носят название горячий или рабочий спай, свободные концы проводников холодным спаем. Термо-ЭДС будет зависеть от разности температур между горячим и холодным спаями, а также от материала проводников. Подключив измерительный прибор к свободным концам, можно измерить разность потенциалов между двумя проводниками. При этом для компенсации погрешности нам необходимо знать температуру холодного спая.

В качестве материалов для проводников термопар широко используются хромель, платина, родий, константан, медь, железо, копель, алюмель. У любого соединения двух определённых сплавов есть своя зависимость между измеряемой температурой и напряжением на выходе термопары.

Обязательно надо отметить, что подключение термопар должно производиться компенсационными проводами, выполненными из тех же материалов, что и термопара, при этом соблюдая полярность подключения. Обычный медный провод в данном случае не подходит, так как создает дополнительную термо-ЭДС и тем самым вносит значительную погрешность в измерения. Обычно изоляция жил и оболочка провода в зависимости от материала маркируется разными цветами.

Цвет оболочки компенсационных проводов

ХА — Хромель-Алюмель	Белый, Зеленый
ХК — Хромель-Копель	Фиолетовый
НН — Нихросил-Нисил	Синий
МКн — Медь-Константан	Коричневый
ЖК — Железо-Константан	Черный

Цвет изоляции жил компенсационных проводов

Хромель	Фиолетовый, Черный
Алюмель	Белый
Копель	Желтый, Оранжевый
Медь	Красный, Розовый
Константан	Коричневый
Железо	Черный
Нихросил	Синий

Ниже приведена таблица соответствия буквенных и цветовых обозначений согласно международному стандарту IEC 584-3.

Некоторые сплавы, такие как копель, которые широко распространены у нас, в международном стандарте не указаны, так как не применяются при изготовлении термопар.

Термопары, наряду с термосопротивлениями, наиболее широко используются в различных промышленных технологических процессах. Во многом это объясняется их широким температурным диапазоном, кроме того, по сравнению с другими типами контактных датчиков, они способны выдерживать самые высокие температуры, что делает их порой просто незаменимыми.

Бесконтактные (Инфракрасные пирометры) — работа датчиков данного типа основана на способности тел излучать электромагнитную энергию в инфракрасном диапазоне. Хотя бесконтактные датчики применяются реже чем те же термопары или термосопротивления в следствии ряда причин, а именно их стоимости, чувствительности к состоянию измеряемой поверхности и т.д., тем не менее на сегодняшний день они все чаще используются в различных областях промышленности благодаря своим несомненным преимуществам — малое время отклика, соответственно высокое быстродействие, измерение температур в труднодоступных и опасных местах, измерение высоких температур вплоть до +3000°C.

Все вышеперечисленные виды датчиков, в той или иной степени, широко используются в различных технологических процессах. Помимо них существуют и другие виды температурных датчиков, например акустические или пьезоэлектрические, но их я рассматривать не буду, так как сталкиваться с ними приходилось очень редко.

Проверка датчиков температуры

Схема подключения модуля температурного контроля.

После того как подключается такой прибор, надо проверить, как он работает. Для этого потребуется обычный тестер для измерения, а для датчиков с сопротивлением 0 градусов до 100 Ом оптимальный диапазон измерения тестера до 200 Ом.

Проверка осуществляется при комнатной температуре, при этом можно определить, какие провода между собой соединены накоротко возле прибора, в большинстве случаев сопротивление между проводами намного меньше, чем датчика. Потом нужно проверить, что прибор рабочий, то есть выдает ли он то сопротивление, которое он должен выдавать при определенной температуре.

В конце необходимо убедиться в том, что прибор не замыкает на корпусе термопреобразователя, проверить это можно на мегаомном диапазоне сопротивления между корпусом датчика и проводами

Очень важно соблюдать технику безопасности, то есть контактов корпуса касаться нельзя, проводов тоже касаться не следует

Если тестер указывает на бесконечное сопротивление, значит, в корпус датчика попала вода или жир, функционировать такое устройство некоторое время может, но точность показаний будет постоянно снижаться, его показания будут плавать.

Характеристики датчика температуры LMT01

Датчик температуры LMT01 выпускается в двухвыводном корпусном исполнении TO-92 (рисунок 1).

В качестве чувствительного элемента в LMT01 используется полупроводниковый диод (рисунок 2). Сигнал с диода оцифровывается с помощью 12-битного ΣΔ-АЦП и источника опорного напряжения. Полученный цифровой поток преобразуется в последовательность счетных токовых импульсов с помощью встроенных токовых регуляторов верхнего и нижнего плеча. Кроме того, в состав микросхемы входит регулятор напряжения для формирования напряжения питания.

Датчик предназначен для измерения температуры в диапазоне -50…150°С с разрешением 12 бит, что позволяет получать величину единичного отсчета 0,0625°C (рисунок 3). На разных участках рабочего диапазона погрешность принимает различные значения:

• при -20…90°C погрешность не превышает ±0,5°C;
• при 90…150°C погрешность не превышает ±0,62°C;
• при -50…-20°C погрешность не превышает ±0,7°C.

Для получения результатов измерения используется достаточно необычный двухпроводной токовый интерфейс. Такое решение дает следующие основные преимущества:

• высокая стойкость к электромагнитным помехам;
• возможность размещения датчика как на плате, так и вне ее, например, на выносном проводе длинной до 2 м.

Характеристики датчика lm35, описание

— питание: 2,7-5,5 Вольт;
— потребляемый ток: 50 mkА;
— диапазон температур: 10°C — 125°C
— погрешность: 2 градуса.

Вместо lm35 можно использовать любой другой датчик температуры, например, TMP35, LM35, TMP37, LM335. Выглядит датчик как транзистор и поэтому его легко спутать, поэтому всегда внимательно читайте маркировку на радиоэлементах. Часто на основе данного датчика производители делают модули температуры для Ардуино (смотри фото выше). Если у вас только сам датчик lm35, то он имеет три вывода.

LM35 схема включения, как работает (datasheet)

Если посмотреть на температурный сенсор lm35 со стороны контактов и срезом вверх (как на рисунке), то слева будет положительный контакт для питания 2,7-5,5 Вольт, контакт по центру — это выход, а справа — отрицательный контакт питания (GND).

Классификация видов термодатчиков

Выбор датчика зависит от того, в какой среде необходимо контролировать температуру: внутри котла, в помещении или в системе отопления. От правильности их выбора зависит эффективность и безопасность работы отопительного оборудования.

Датчик температуры для котла отопления классифицируется по следующим критериям:

• по способу определения температуры;
• по типу взаимодействия с термостатом.

Виды датчиков по способу определения температуры

По способу определения температуры датчики бывают:

1. Дилатометрические, представляющие собой биметаллические пластины или спирали, принцип работы которых основан на тепловом расширении металлов или других типов твёрдых тел.
2. Резистивные, имеющие сильную зависимость от температуры в определённом измеряемом диапазоне, которая проявляется в виде резких изменений электросопротивления.
3. Термоэлектрические, представляющие собой термопары (сплавы двух разнородных проводников, например, хромель-алюмель), в которых при определённых температурных интервалах начинает индуцировать термо-ЭДС.
4. Манометрические, принцип действия которых основан на изменении давления газа или жидкости в замкнутом объёме.

Дилатометрические датчики изготавливаются из материалов с высоким коэффициентом теплового расширения, которые реагируют на минимальные температурные колебания. Принцип их работы основан на замыкании либо размыкании электрических контактов. Для повышения их чувствительности и качества контакта в конструкциях используют магниты.

Резистивные термодатчики изготавливаются из специальных сплавов проводников или полупроводников. Конструктивно состоят из катушки с намотанным тонким медным, платиновым или никелевым проводом и керамического корпуса или полупроводниковых пластин, помещённых в пластиковый или стеклянный корпус.

Полупроводниковые резисторы бывают двух видов:

• термисторы, имеющие нелинейную температурную зависимость, характеризующуюся снижением сопротивления при нагреве;
• позисторы, также имеющие нелинейную зависимость от температуры, но отличающиеся от термисторов повышением сопротивления при нагреве.

Термоэлектрические датчики изготавливаются из двух специально подобранных разнородных металлов или сплавов, в точке контакта которых при нагреве индуцируется термо-ЭДС, величина которой пропорциональна разности температур двух спаев. При этом измеряемая величина не зависит от температуры, длины и сечения проводов.

Манометрические датчики позволяют определять температуру немагнитным способом без применения источников энергии, что позволяет их применять для дистанционных измерений. Однако их чувствительность на порядок хуже, чем у других термодатчиков, а также присутствует эффект инерционности.

Виды датчиков по способу взаимодействия с термостатом

Измерители температуры по типу взаимодействия с термостатом подразделяются на следующие виды:

• проводные, передающие данные на контроллер по проводам;
• беспроводные – высокотехнологичные современные устройства, передающие данные на определённой радиочастоте.

Проводной датчик температуры для котла

Особенности работы с датчиком:

Как и у похожего аналогового датчика LM35, на выходе формируется напряжение пропорционально температуре по шкале Цельсия, величина напряжения также 10.0 mV на 1°C, но в отличии от LM35, где отсчет начинается от 0°C и при 25°C датчик формирует напряжение 250mV, TMP36 ведет отсчет от -50°C, а при 25°C на выходе датчика будет 750mV.

TMP36 лишен основного недостатка LM35 при совместном использовании с Arduino, невозможность измерения отрицательных температур, но недостатки все таки пристукивают. При использовании встроенного в микроконтроллер источника опорного напряжения 1,1 вольт, максимальная температура датчика ограниченна 60°C но это всё еще пригодно для домашних или уличных термометров.

Крайне не рекомендуется использовать в качестве опорного напряжения для АЦП, напряжение питания или напряжение от встроенного стабилизатора на 3,3 вольта, подключенное на вход AREF, стабильность тех напряжений крайне низкая, что будет негативно сказываться на точности показаний датчика. Правильным решением будет использование встроенного источника опорного, а если верхняя граница в 60°C не достаточна, либо внешний источник опорного, например MAX6125, либо использовать другой, более подходящий, датчик температуры.

Примение

Сфера применения датчиков температуры охватывает как бытовые приборы, так и оборудование общепромышленного назначения, сельскохозяйственную отрасль, военную промышленность, аэрокосмический сектор. Каждый из вас может встретить их у себя дома в нагревательных приборах – бойлерах, духовках, мультиварках или хлебопечках.

В тяжелой промышленности тепловые сенсоры позволяют контролировать степень нагрева печей, воздуха в рабочей области, состояние трущихся поверхностей. В медицине их используют для контроля температуры в труднодоступных местах или для упрощения различных процедур.

Многие автолюбители часто сталкиваются с анализаторами температуры, контролирующими состояние масла или другой охлаждающей жидкости. На сети железных дорог они позволяют отслеживать нагрев букс и колесных пар. В энергетике с их помощью обследуются контактные соединения и качество прилегания поверхностей.

Модуль датчика температуры KY-013

Модуль представляет собой делитель напряжения, в одно из плеч которого включен терморезистор. Сопротивление датчика меняется при изменении температуры, второе плечо делителя образует резистор сопротивлением 10 кОм [10]. Подключение датчика аналогично фоторезистору [11].

Размер модуля 30 х 15 мм, масса 1 г. Для подключения служит трехконтактный разъем. Центральный контакт – питание +5В, контакт «-» — общий, контакт «S» — информационный.

При изменении температуры происходит изменение сопротивления терморезистора, что приводит к изменению уровня напряжения на сигнальном выводе модуля. Если загрузить в Arduino программу AnalogInput2, то в мониторе последовательного порта среды разработки Arduino IDE можно наблюдать, как меняются показания, снимаемые с аналогового входа платы Arduino. На иллюстрации изменение показаний обусловлено нагревом терморезистора подушечками пальцев.

В общем, это один из простейших аналоговых датчиков, наряду с фоторезистором и потенциометром это датчик с которого обычно начинается изучение работы со встроенным АЦП.

Полезное: Датчик влаги, воды или дождя — электронный модуль

Подключение датчика движения

Без данного датчика не обходится ни одна серьёзная охранная система. Инфракрасный датчик — базовый элемент обнаружения присутствия теплокровных.

Также при помощи PIR-датчиков чрезвычайно удобно управлять освещением в зависимости от нахождения рядом человека. Инфракрасные или пироэлектрические датчики просты по внутреннему устройству и недороги. Они крайне надёжны и редко выходят из строя.

Основа датчика — пироэлектрик или диэлектрик, способный создавать поле при изменении температуры. Они устанавливаются попарно, а сверху закрываются куполом с сегментами в виде обычных линз или линзой Френеля. Это позволяет сфокусировать лучи от разных точек проникновения.

При отсутствии излучающих тепло тел в помещении у каждого элемента одинаковая попадающая доза излучения, соответственно, одинаковое напряжение на выходах. При попадании в зону «обзора» датчиков живого теплокровного нарушается равновесие и появляются импульсы, которые и регистрируются.

HC-SR501 — наиболее распространённый и популярный датчик. Он имеет два подстроечных переменных резистора:

• один — для регулировки чувствительности и размера обнаруживаемого объекта,
• второй — для регулировки времени срабатывания (времени генерации импульса после обнаружения).

Схема подключения стандартна и не вызовет затруднений.

Подключение и настройка датчика уличной температуры

Подключение температурного датчика производят только к отключенному от электроснабжения газовому котлу. Для осуществления данного процесса используют кабель 2*0,5 мм длиной менее 30 м. Его протягивают через отверстие в стене и подключают к к клеммной колодке прибора без соблюдения полярности. Провод изолируют при помощи специальной муфты.

Датчик уличной температуры подключают  к электронной плате газового котла. У каждой модели место подключения может отличаться, его определяют по схеме платы управления, которая имеется в инструкции к агрегату.

…

Температуру в комнате можно регулировать в диапазоне 9-30ºС.

Уличный датчик регулирует температуру теплоносителя по методике, где фигурируют такие данные:

• Ti – температура воды на выходе из котла;
• Tкомн– заданное значение комнатной температуры;
• Te– показания датчика уличной температуры;
• K– коэффициент изоляции, настроенный параметром P6.

Температура теплоносителя рассчитывается по следующей формуле:

Ti=[( Tкомн  — Te )·(K/10)]+ Tкомн.

Например, для поддержания температуры в помещении на уровне 23°C при коэффициенте изоляции 10 и температуре на улице -10°C, теплоноситель должен быть нагрет до 56°C.

Самым сложным в этом расчете является подбор коэффициента изоляции, который определяется опытным путем. Его настройка выполняется так:

• на газовом котле переводят регулятор температуры ГВС на максимум, а отопление – на минимум;
• рукоятку температурного контура переводят в течение 3 секунд 3 раза в сторону увеличения;
• на ЖК-дисплее начинает мигать код параметра настройки Р6;
• значение коэффициента выбирают, поворачивая регулятор контура отопления;
• чтобы увидеть значение выбранного параметра нажимают кнопку reset;
• чтобы изменить показатель, следует зажать reset на 2 сек.;
• на экране появится заводское значение 20; можно выбрать параметр в диапазоне от 5 до 35;
• фиксируют выбранное значение нажатием reset в течение 2 секунд;
• чтобы выйти из режима настройки, регулятор отопления 3 раза поворачивают в течение 3 мин.

При выборе коэффициента теплоизоляции следует учитывать, что, чем значение выше, тем хуже утеплено здание.

Чтобы датчики наружной температуры для газовых котлов работали четко и эффективно, важно найти подходящее место для его монтажа и правильно выполнить настройки. Ошибки приведут к тому, что агрегат будет расходовать топливо не экономно или температура в доме не будет поддерживаться на должном уровне

Управление отоплением. Подключение датчиков температуры DS18B20.

Продолжим разговор о системе управления отоплением частного дома. Сегодня о подключении датчиков температуры. В инструкции, конечно, есть схема подключения, но я бы акцентировал дополнительно твое внимание на том, что датчики должны быть подключены последовательно, без образования “звезды”.

Чтобы было понятнее, вот рисунок: на нем у каждого датчика свой кабель для соединения с контроллером, и где-то у самого контроллера эти кабели соединяются в один. Вот это и есть соединение звездой.

Спору нет, так, конечно, удобнее датчики раскидать. Только потом возможны проблемы с их определением, да и в работе у прибора будут необъяснимые глюки.

А вот эта схема – пример последовательного соединения датчиков температуры DS18B20. То есть, к одному непрерывному кабелю, подключенному к NM8036, последовательно подключаются датчик за датчиком на всем протяжении кабеля.

Вообще-то, если строго судить с точки зрения электрических соединений, это соединение является параллельным, но я для лучшего понимания обозвал тут по своему. Ведь соединение звездой – тоже параллельное.

Вобщем, такой тип соединения, как на рисунке – наиболее правильный, но он не всегда удобен в реальных условиях, когда датчики должны располагаться в разных помещениях, разбросанных вовсе не в соответствии с логикой последовательного подключения датчиков. И что же делать?

Выходом в такой ситуации служит соединение с возвратами, именно по такому пути я и пошел. Там, где оказалось невозможно протянуть кабель последовательно от датчика до датчика, я возвращался от очередного датчика к исходной точке и далее вновь шел к следующему датчику.

Эта схема – лишь отвлеченный пример, дающий представление о способе соединения датчиков в реальных условиях. Как видим, принцип последовательного соединения здесь соблюден полностью.

При монтаже датчиков температуры я использовал кабель “витая пара”, каким прокладывают компьютерные сети. В этом кабеле 8 разноцветных жил, скрученных попарно. Во-первых, это оказалось очень удобным для выполнения соединений с возвратом, а во-вторых – кабель “витая пара” как раз очень хорош для таких целей, снижая количество наведенных помех.

Купить такой кабель можно в любой компьютерной мастерской, сервисе, в магазинах электроники. Не так уж и дорого, рупь штучка, три рубля кучка.

У кабеля четыре пары: синий и белосиний, коричневый и белокоричневый, розовый и белорозовый, зеленый и белозеленый. Все провода бело- использую под общий провод. Провод коричневый – Data на входе, синий – питание на входе. На выходе: Data – зеленый, питание – розовый.

На другом конце кабеля “с возвратом” подключаю датчик по указанной схеме, т.е., все белые – общий, зеленый и коричневый – Data, синий и розовый – питание.

Теперь цоколевка датчика, назначение его выводов. Путать их, конечно, не следует. Берем датчик за ножки и смотрим на его лицевую сторону, где расположены надписи. При этом справа будет вывод питания, слева – общий, и в середине – вывод данных.

Но вот кабели раскинуты, датчики подпаяны. Как их закреплять? Вопрос неоднозначен, если задаваться целью измерения температуры с точностью до десятых градусов. Собственно, датчик так и меряет, но он меряет свою температуру. А измерение температуры датчика и температуры воды в трубе – далеко не одно и то же.

Казалось бы, чего тут сложного? Приклеил датчик к трубе – и он будет измерять температуру воды в трубе. Разве не логично? Логично. Но неверно. Во-первых, сама поверхность трубы уже дает погрешность, ведь она омывается воздухом, температуру которого не всегда равна температуре воды. Во-вторых, что самое важное, датчик прижат к трубе только одной поверхностью. Остальные – опять же омываются воздухом и температура самого датчика получается вовсе не равной температуре поверхности трубы.

Выход напрашивается сам собой: утеплить датчик и участок трубы и сделать над местом крепления датчика некий кожух, защищающий от воздействий наружного воздуха.

Но я опять же пошел по пути упрощения. В ролике на странице Тепловой аккумулятор в системе отопления. я показывал, как крепил датчики к трубам с помощью обыкновенного матерчатого пластыря. Да, показания датчиков не соответствуют действительности. Разница в пределах от одного до полутора градусов. Ну и что?

Я же не термостат собираю для научных экспериментов, у меня просто система управления отоплением частного дома. Да и при программировании системы ничто не мешает мне учитывать эту разницу, что я, собственно и сделал. Например, в прихожке у меня разница показаний датчика и градусника (один от другого в 2-х миллиметрах) – 1,3 градуса. Градусник показывает 24, а датчик – 22,7. Кто из них врет – разве важно? Хотя, я больше все таки цифровому датчику доверяю.

Вы можете изменить поисковую фразу.

Система ведь датчики определит по их серийным номерам и вывалит тебе список этих серийников. Откуда она знает, что вот этот серийник принадлежит датчику возле унитаза, а вот этот – датчику под кроватью? Вот тогда заползешь под кровать, подогреешь датчик ладошками, подышишь на него, а супругу попросишь посмотреть на список датчиков. И узнаешь среди всех, у которого температура поднялась. И узнаешь, какой у него серийный номер, да и название ему присвоишь: Кровать!