Обзор датчиков на основе термоэлементов

Датчики температурыДатчики температуры на основе термоэлементов дают возможность бесконтактного измерения температуры, что сделало их более популярными, чем традиционные датчики температуры контактного типа. Эти датчики используют инфракрасное (ИК) излучение для передачи тепла и обычно используются в портативных устройствах, таких как инфракрасные термометры.

Еще одно применение датчиков термобатареи — мониторинг температуры движущихся объектов. Вот обзор инфракрасных датчиков температуры на основе термоэлементов, которые помогут вам в полной мере воспользоваться этой технологией.

Конструкция термобатареи
Конструкция термобатареи

 

Работа сенсора

Инфракрасный датчик на основе термоэлементов имеет ряд последовательно соединенных термопар, которые имеют свои «горячие» спайки, прикрепленные к тонкому поглотителю инфракрасного излучения, обычно на микромеханически обработанной мембране на кремниевом чипе. Обмен инфракрасным излучением между поглотителем и объектом перед ним вызывает повышение или понижение температуры поглотителя в зависимости от разницы температур между ним и объектом.

Строение кремниевой линзы
Работа кремниевой линзы

 

Чтобы правильно измерить температуру объекта, объект должен полностью заполнять поле зрения датчика. Это гарантирует, что инфракрасное излучение, воздействующее на термобатарею, исходит только от интересующего объекта, а не от его фона. Кроме того, использование фильтра и линзы значительно улучшает работу инфракрасных датчиков.

Датчики и модули термоэлементов
Датчики и модули термоэлементов

 

Обычный кремний полностью непрозрачен для видимого света, но прозрачен для длин волн более 2 мкм, где большая часть спектрального излучения происходит при температурах ниже 500K (200 ° C или 450 ° F). Поэтому кремниевый материал может использоваться для фильтрации видимого и ультрафиолетового (УФ) спектра. Чтобы увеличить чувствительность датчика (или расстояние, на котором датчик может измерять объект фиксированного размера), широко используются кремниевые линзы, подвергнутые микротехнической обработке, чтобы сконцентрировать больше инфракрасного излучения на датчике или наоборот, ограничить его поле зрения.

Читать также:  Как работают современные индукционные плиты

Сенсорная площадка

В настоящее время инфракрасные (ИК) датчики температуры на основе термоэлементов доступны с различными линзами / фильтрами, что позволяет использовать их в реальных проектах, начиная от промышленных пирометров и заканчивая устройствами для ухода за больным. В зависимости от датчика, выходной сигнал может быть стандартным выходом сопротивления или аналоговым / цифровым выходным сигналом.

Различные типы датчиков (полезные как для любителей, так и для производителей), включая герметичные корпуса, корпуса из нержавеющей стали и предварительно смонтированные модули, теперь имеют доступные цены. Все эти термобатареи предназначены для измерения температуры на расстоянии путем определения инфракрасной энергии объекта. Чувствительный элемент термобатареи, состоящий из небольших термопар на кремниевом кристалле, поглощает энергию и выдает выходной сигнал. В комплект поставки также входит эталонный датчик в качестве эталона для компенсации.

Датчик TPS334

Детектор на основе термоэлементов TPS334 от Excelitas — это стандартный датчик, в котором используется микросхема размером поглотителя 0,7 × 0,7 мм и терморезистор на 30 кОм в качестве эталонного элемента температуры. TPS334 выпускается в корпусе типа ТО-5.

Читать также:  Что такое электронная почта?

Корпус TPS334
Датчик TPS334

 

Датчик A2TPMI

A2TPMI, еще одна термобатарея от Excelitas, она представляет собой универсальный инфракрасный датчик со встроенной и настраиваемой ASIC для обработки сигналов и компенсации температуры окружающей среды. Этот интегрированный инфракрасный модуль воспринимает тепловое излучение, испускаемое объектами, и преобразует его в аналоговое напряжение. Благодаря внутренней цифровой обработке сигналов и 8-битному разрешению внутренних управляющих регистров, A2TPMI имеет повышенную точность настройки и улучшенные характеристики. Ее технология E2PROM позволяет неограниченное изменение конфигурации. Благодаря интеграции датчика и электроники в компактном корпусе TO-39 (6-контактный), A2TPMI также является хорошим решением для DIY-любителей. Функциональная схема A2TPMI представлена ​​ниже:

Функциональная схема A2TPMI
Функциональная схема A2TPMI

 

Датчик MLX90614

MLX90614 от Melexis — очень популярный инфракрасный датчик для бесконтактного измерения температуры. Он представляет собой идеальное сочетание чувствительного к инфракрасному излучению чипа детектора термобатареи и устройства формирования сигнала ASSP, встроенных в один и тот же корпус TO-39 (4-контактный). Термометр поставляется с ШИМ усилителем, 17-битным аналого-цифровым преобразователем и мощным блоком цифрового сигнального процессора. Он откалиброван на заводе с цифровой широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и выходом шины управления (SMBus).

Конфигурация контактов MLX90614
Конфигурация контактов MLX90614

 

Руководство по применению

Подключить термобатареи с последовательным интерфейсом типа A2TPMI к микроконтроллерам не очень сложно. Однако для датчиков без встроенного процессора (например, TPS334) может возникнуть необходимость добавить схему внешней обработки сигналов на основе высококачественного малошумящего операционного усилителя, такого как LTC1050 / 1051. Для домашних мастеров еще один недорогой, но хороший вариант — модуль на базе инфракрасного датчика термобатареи TMP006 от Texas Instruments. Оригинальная принципиальная схема модуля представлена ​​ниже:

Читать также:  Что такое UGV?

Схема TMP006
Схема TMP006

 

Работа с датчиками

Поскольку датчики на основе термобатарей чувствительны к статическому электричеству, то неиспользуемые датчики должны храниться в проводящем материале для защиты от статических разрядов и статических полей. Напряжения, превышающие указанные в разделе «Абсолютно максимальные значения», и неправильная полярность источника питания приведут к повреждению датчика. Также датчики не должны подвергаться воздействию прямых солнечных лучей или воздействию влаги. Будьте осторожны при обращении с этими датчиками и не прикасайтесь к их линзам. Следы от пальцев, пыль или грязь могут отрицательно повлиять на работу датчика. Оптическую линзу можно очистить спиртом или ватным тампоном.

Плата TMP006
Плата TMP006

 

Несомненно, инфракрасные датчики температуры на основе термоэлементов обеспечивают наилучшее сочетание небольшого размера, малой потребляемой мощности и низкой стоимости по цене для бесконтактных измерений температуры. Надеемся, что полученные знания из этой статьи помогут вам в ваших будущих проектах.

С Уважением, МониторБанк

Добавить комментарий