簡(jiǎn)單熱傳感器電路圖 熱傳感器的工作原理和應(yīng)用

引言

熱傳感器是一種能夠測(cè)量溫度并將其轉(zhuǎn)化為可測(cè)量電信號(hào)的裝置，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、家庭等多個(gè)領(lǐng)域。其工作原理基于熱電效應(yīng)、熱敏電阻效應(yīng)以及紅外輻射等物理現(xiàn)象。本文將詳細(xì)探討熱傳感器的定義、工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及在不同領(lǐng)域的應(yīng)用。

熱傳感器的定義

熱傳感器，顧名思義，是一種能夠感知溫度并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出的傳感器。這種傳感器通常利用熱電效應(yīng)、熱敏電阻效應(yīng)或紅外輻射等物理原理來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量。通過(guò)測(cè)量這些物理量的變化，熱傳感器可以準(zhǔn)確地反映出被測(cè)物體的溫度信息。

熱傳感器的工作原理

熱電效應(yīng)

熱電效應(yīng)是熱傳感器工作的基本原理之一。當(dāng)兩種不同材料的導(dǎo)體（熱電偶）在兩端存在溫度差時(shí)，會(huì)在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，即熱電勢(shì)差。這種熱電勢(shì)差與溫度差成正比，通過(guò)測(cè)量這個(gè)電動(dòng)勢(shì)差，可以間接地測(cè)量出溫度。熱電偶是最早出現(xiàn)的熱電探測(cè)器件，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確度高，廣泛應(yīng)用于各種溫度測(cè)量場(chǎng)合。

熱敏電阻效應(yīng)

熱敏電阻是另一種常見(jiàn)的熱傳感器類(lèi)型，其工作原理基于半導(dǎo)體或金屬材料的電阻率隨溫度變化的特性。當(dāng)溫度變化時(shí)，熱敏電阻的電阻值會(huì)隨之改變，通過(guò)測(cè)量這個(gè)電阻值的變化，可以得知溫度的變化情況。熱敏電阻分為正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）兩種，分別用于不同的溫度測(cè)量場(chǎng)合。

紅外輻射

紅外測(cè)溫傳感器則利用物體向外輻射的紅外線來(lái)測(cè)量其表面溫度。當(dāng)物體的溫度高于絕對(duì)零度時(shí)，會(huì)不斷向外輻射紅外線，紅外測(cè)溫傳感器通過(guò)檢測(cè)這些紅外線的輻射強(qiáng)度來(lái)推算出物體的溫度。紅外測(cè)溫具有非接觸、快速、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)療、工業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

熱傳感器的結(jié)構(gòu)

熱電偶

熱電偶通常由兩種不同材料的導(dǎo)體組成，這兩種導(dǎo)體在一端相互連接，形成工作端（熱端），另一端則稱(chēng)為自由端（冷端）。在實(shí)際應(yīng)用中，為了減小冷端溫度波動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，通常會(huì)采用各種方法（如使用補(bǔ)償導(dǎo)線）來(lái)保持冷端溫度恒定。熱電偶的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但具有較高的準(zhǔn)確度和較寬的測(cè)量范圍，適用于各種高溫環(huán)境下的溫度測(cè)量。

熱敏電阻

熱敏電阻的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，通常由一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體或金屬元件組成。這些元件被封裝在絕緣材料中，以保護(hù)其免受外部環(huán)境的干擾。熱敏電阻的電阻值隨溫度的變化而變化，因此可以通過(guò)測(cè)量其電阻值來(lái)得知溫度的變化情況。

紅外測(cè)溫傳感器

紅外測(cè)溫傳感器通常由紅外探測(cè)器、信號(hào)處理電路和顯示裝置等部分組成。紅外探測(cè)器負(fù)責(zé)接收被測(cè)物體發(fā)出的紅外線輻射，并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；信號(hào)處理電路則對(duì)這個(gè)電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波等處理，以提取出有用的溫度信息；最后，顯示裝置將溫度信息以數(shù)字或圖形的形式顯示出來(lái)。

熱傳感器的應(yīng)用

工業(yè)領(lǐng)域

在工業(yè)領(lǐng)域，熱傳感器被廣泛應(yīng)用于各種高溫、低溫環(huán)境下的溫度測(cè)量。例如，在鋼鐵、石化、電力等行業(yè)中，熱傳感器用于測(cè)量冶煉爐、管道、設(shè)備等的溫度，以確保生產(chǎn)安全和產(chǎn)品質(zhì)量。此外，熱傳感器還用于監(jiān)測(cè)機(jī)器設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理過(guò)熱等異常情況，從而避免事故的發(fā)生。

醫(yī)療領(lǐng)域

在醫(yī)療領(lǐng)域，熱傳感器同樣發(fā)揮著重要作用。例如，體溫計(jì)、血壓計(jì)、血糖儀等醫(yī)療設(shè)備中都用到了熱傳感器。這些設(shè)備通過(guò)測(cè)量人體的溫度、血壓、血糖等生理參數(shù)，為醫(yī)生提供準(zhǔn)確的診斷依據(jù)。此外，熱傳感器還用于醫(yī)療設(shè)備的溫度控制系統(tǒng)中，確保設(shè)備在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行，從而保證治療效果和患者的安全。

家庭領(lǐng)域

在家庭領(lǐng)域，熱傳感器也得到了廣泛的應(yīng)用。例如，電飯煲、洗衣機(jī)、空調(diào)等家用電器中都配備了熱傳感器。這些設(shè)備中的熱傳感器可以感知設(shè)備內(nèi)部的溫度變化，并根據(jù)設(shè)定的溫度值進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制。例如，電飯煲中的熱傳感器可以感知米飯的溫度和濕度變化，從而控制加熱時(shí)間和火力大??；空調(diào)中的熱傳感器則可以感知室內(nèi)溫度的變化，并根據(jù)用戶(hù)的設(shè)定自動(dòng)調(diào)節(jié)制冷或制熱效果。

其他領(lǐng)域

除了上述領(lǐng)域外，熱傳感器還廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)制造、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。例如，在航空航天領(lǐng)域，熱傳感器用于監(jiān)測(cè)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)翼等關(guān)鍵部件的溫度變化；在汽車(chē)制造領(lǐng)域，熱傳感器用于監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等的溫度狀態(tài)；在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，熱傳感器則用于測(cè)量大氣溫度、海洋溫度等環(huán)境參數(shù)的變化情況。

簡(jiǎn)單熱傳感器電路圖

電路圖一：

為了確保不同行業(yè)的各種過(guò)程的安全，熱量是一個(gè)重要的物理測(cè)量。如您所知，工業(yè)中有熔爐、冷凍物質(zhì)和熔化機(jī)，因此在工業(yè)和工業(yè)過(guò)程中，溫度指示器起著至關(guān)重要的作用。通常，它們用于確定溫度讀數(shù)或溫度水平。此外，它還可以防止機(jī)器和環(huán)境受到任何危險(xiǎn)或物理傷害。市場(chǎng)上有多種溫度傳感器和指示器。我們使用的傳感器包含一些組件。因此，在本教程中，我們將學(xué)習(xí)“熱傳感器電路”

在該熱傳感器電路中，NPN晶體管BC547用作開(kāi)關(guān)。因此，當(dāng)溫度升高超過(guò)閾值電壓時(shí)，蜂鳴器打開(kāi)；當(dāng)溫度低于閾值電壓時(shí)，蜂鳴器關(guān)閉。溫度為 2.2K 的 NTC 熱敏電阻與電位計(jì)連接并連接到晶體管 Q1 的基極。因此，Q1 的基極通過(guò)熱敏電阻電位計(jì)產(chǎn)生偏置。電位器的阻值決定了溫度閾值。當(dāng)沒(méi)有溫度時(shí)，在這種情況下，熱敏電阻向晶體管的基極端子提供全電阻。當(dāng)溫度升高時(shí)，熱??敏電阻的電阻減小。因此，晶體管導(dǎo)通并發(fā)出蜂鳴器噪音。

電路圖二：

當(dāng)元件遇到火災(zāi)或高熱時(shí)，設(shè)計(jì)用于響應(yīng)元件溫度升高的裝置稱(chēng)為熱敏裝置。它用于檢測(cè)周?chē)h(huán)境溫度升高的電路，并相應(yīng)地生成警報(bào)。目前最常用的四種溫度傳感器是熱電偶 、熱敏電阻、RTD和半導(dǎo)體 IC 。每種都有不同的特性，并且對(duì)許多應(yīng)用都有幫助。

一個(gè)簡(jiǎn)單的熱傳感器電路通常由一個(gè)熱敏元件熱敏電阻、一個(gè)可變電阻、一個(gè)晶體管、一個(gè)用于報(bào)警的蜂鳴器和一個(gè)電容器組成，熱敏電阻就像一個(gè)電阻器，在感測(cè)熱量時(shí)改變其阻值。該電路可用于多種不同的目的。

該電路采用NPN晶體管BC547作為蜂鳴器的開(kāi)關(guān)元件。主要元件是感測(cè)熱量的NTC熱敏電阻和調(diào)節(jié)溫度閾值的可變電阻。熱敏電阻和可變電阻VR1串聯(lián)，晶體管Q1的基極連接在兩個(gè)元件之間。蜂鳴器連接到 Q1 的集電極端子和電池。

熱敏電阻和 VR1 打開(kāi)晶體管，當(dāng)溫度升高并超過(guò)由 VR1 設(shè)置的熱敏電阻閾值時(shí)，晶體管會(huì)偏置，蜂鳴器發(fā)出蜂鳴聲。當(dāng)溫度降低到閾值以下時(shí)，晶體管與電源斷開(kāi)，因此蜂鳴器停止發(fā)出蜂鳴聲。

電路圖三：

在本教程中，我們正在使用 LM741 IC 制作一個(gè)高效且有用的熱傳感器項(xiàng)目。它會(huì)激活繼電器開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)的級(jí)別可以根據(jù)您所需的溫度或熱量水平預(yù)先設(shè)置。您可以將任何負(fù)載與該繼電器連接并通過(guò)該電路對(duì)其進(jìn)行操作。例如，如果您可以連接一個(gè)風(fēng)扇，當(dāng)它變得太熱時(shí)它就會(huì)打開(kāi)。這只是一個(gè)例子，但有很多應(yīng)用可以使用該電路。

該溫度傳感器電路非常容易構(gòu)建，并且僅使用一些容易獲得的組件，例如運(yùn)算放大器 IC LM741、PNP 晶體管、繼電器、熱敏電阻、可變電阻器和一些電阻器。

該電路的工作電壓為9至12伏直流電。當(dāng)熱敏電阻感測(cè)到熱量或溫度時(shí)，電路被激活。電壓通過(guò) IC，放大進(jìn)入晶體管的信號(hào)。我們?cè)谠撾娐分惺褂?PNP 晶體管作為開(kāi)關(guān)。這將激活繼電器，并且與繼電器連接的任何負(fù)載也將激活?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié) 10K 可變電阻來(lái)選擇激活繼電器所需的熱量水平。

為了獲得更高的精度，您可以嘗試使用其他值的熱敏電阻和可變電阻，如50K、100K、500K等。確保使用與電路輸入電壓相同電壓的繼電器。

該電路可作為熱開(kāi)關(guān)廣泛應(yīng)用于各種應(yīng)用中，以激活任何電子負(fù)載或風(fēng)扇等設(shè)備?；蛘咭部梢詫⑵溆米鳒囟葓?bào)警電路。