Датчики температуры. Часть четвертая. Еще несколько видов термодатчиков

В предыдущих частях статьи было рассказано о терморезисторах и термопарах. В этой статье поговорим о других видах датчиков температуры.

Датчики температуры из диодов и транзисторов

В тех же диапазонах температуры, что у полупроводниковых термосопротивлений для измерения и контроля температуры достаточно часто используются обычные полупроводниковые диоды или p-n переходы транзисторов.

Применение этих приборов объясняется тем, что они имеют температурный коэффициент напряжения ТКН. У всех полупроводников он отрицательный и примерно одинаков: -2mV/°C. Чтобы в этом убедиться, достаточно проделать простейший опыт, описанный ниже.

Если цифровым мультиметром китайского производства при комнатной температуре «прозванивать» кремниевые диоды или переходы транзисторов, то на индикаторе высвечиваются цифры порядка 690 – 700. Для германиевых полупроводниковых приборов показания будут 400 – 450, правда, германиевые приборы применяются в настоящее время очень редко. Это не что иное, как падение напряжения, показанное в милливольтах, на p-n переходе в прямом направлении.

Если в момент такого измерения диод или транзистор немного подогреть, хотя бы паяльником, то показания будут уменьшаться. Причем чем больше степень нагрева, тем заметнее изменение показаний прибора в меньшую сторону. Чаще всего такие датчики применяются в различных электронных схемах, например в усилителях звуковых частот для стабилизации режимов работы схемы.

Специализированные полупроводниковые датчики

Здесь же следует упомянуть о прецизионном аналоговом температурном датчике LM335AZ, являющемся одной из разновидностей регулируемого стабилитрона. Здесь уместно вспомнить стабилитрон TL431. Градуировка датчика выполнена при его изготовлении на заводе, поэтому мучительной многоэтапной настройки при изготовлении термометра или терморегулятора делать не надо.

Согласно технической документации LM335AZ имеет положительный температурный коэффициент 10mV/°K. Для перевода привычных нам градусов Цельсия в градусы Кельвина следует воспользоваться формулой t °K = 273 + t °C. Согласно этой формуле при 0°C на выходе датчика будет напряжение (273 + 0°C) * 10mV/°K = 2730mV, а при температуре, например, 50°C получится (273 + 50°C) * 10mV/°K = 3230mV.

Такие чудесные свойства позволяют с помощью этого датчика создавать терморегуляторы, просто измерители температуры, а также схемы компенсации температуры холодного спая термопар, о чем будет сказано чуть выше. Все упомянутые схемы получаются достаточно простыми, их можно посмотреть в технической документации, или как ее называют, дата шиты (Data Sheet). Дата шиты достаточно легко найти в интернете, правда, на английском языке.

Датчики температуры для микроконтроллеров

В современных условиях все больше различных схем выполняются на микроконтроллерах, в том числе и всевозможные измерители температуры. Если измеряемая температура не превышает 125°C, то вполне возможно использование полупроводниковых датчиков типа DS1620, DS1820, DS1B820 и им подобных.

Будучи отградуированными на заводе-изготовителе датчики не нуждаются в калибровке и настройке, а измеренные данные в цифровом виде передают в микроконтроллер. Дальнейшее использование полученных значений температуры определяется программным обеспечением контролера.

Кроме работы непосредственно с микроконтроллером упомянутые датчики имеют режим термостата: достаточно запрограммировать любой из них в этот режим, чтобы управлять работой нагревателя по принципу «включил – выключил» при достижении указанных при программировании точек температуры. Но если понадобятся другие точки, то необходимо их перепрограммирование, что можно рассматривать как недостаток данных датчиков.

В тех случаях, когда диапазон измерения температуры значительно превышает упомянутые выше значения, используются термопары.

Старые примитивные датчики температуры

Несмотря на наличие такого количества температурных датчиков, до сих пор широкое применение находят достаточно примитивные датчики. Это, прежде всего, датчики на основе биметаллических пластин наиболее часто применяемых у электроутюгах и электрокаминах, а также термодатчики манометрического типа или датчики расширения. В них используется расширение жидкости находящейся в закрытом объеме.

Одной из разновидностей такого датчика оснащены, например, нагревательные элементы бытовых бойлеров фирмы Aricton. На одном основании расположен сам ТЭН, трубчатый датчик температуры и регулируемый контакт: как достигли заданной температуры – отключились. Конструкция настолько проста, что содержит всего лишь одну установочную резьбу и две клеммы для подключения к сети.

Несколько сложней устроены промышленные температурные манометрические датчики. К манометру со шкалой подключен капилляр с жидкостью, конец которого контактирует с измеряемой средой. Шкала такого манометра проградуирована в градусах Цельсия, а стрелка снабжена системой контактов, которыми можно задавать пределы изменения температуры. Контакты, естественно, могут управлять работой нагревателя, либо просто сигнализатора.

Борис Аладышкин