Betrouwbare Warmtesensor Circuit Ontwerpen: Werking & Stapsgewijze Bouwhandleiding

Net zoals u warmte en temperatuurstijging kunt voelen, kunnen elektronische apparaten dat ook. In tegenstelling tot uw lichaam dat bij biologische processen leunt, gebruiken elektronische apparaten temperatuursensoren, die uitgebreid worden toegepast. Als u een elektronica-enthousiasteling bent die meer wil weten over het warmtesensorcircuit, is dit voor u.

1. Wat is een Warmtesensorcircuit?

Het temperatuursensorcircuit zit in de warmtesensor. Het geeft een waarschuwing wanneer de temperatuur stijgt en een bepaalde waarde overschrijdt, met behulp van een knipperende LED of een buzzer. Het werkt als een waarschuwingsalarm, bijv. in een rookmelder.

Een weerstandstemperatuursensor (RTD) of thermokoppel gebruikt een elektrisch signaal voor Celsius-temperatuuruitlezing. Temperatuursensorcircuits zijn overal in de digitale wereld: van computers tot high-tech keukenapparaten. Ze zijn nodig omdat overmatige warmte dure componenten in een elektronisch apparaat kan beschadigen. Warmtesensoren zijn ook cruciaal voor beveiligingssystemen.

2. Hoe Werkt een Warmtesensorcircuit?

Een eenvoudig temperatuursensorcircuit dient doorgaans om de omgevingswarmte te detecteren. De werking hangt af van de uitgangsspanning over de diode: temperatuurverandering is recht evenredig met de diodeweerstand. Hoe hoger de temperatuur, hoe hoger de weerstand, en omgekeerd.

U kunt het drempelniveau instellen met de variabele weerstand.

Het diagram toont een basis warmtesensorcircuit met een NTC (Negative Temperature Coefficient) thermistor. De NTC zorgt voor een afname van de weerstand wanneer de temperatuur stijgt.

Componenten in het Circuit:

1. NTC thermistor 2,2kΩ
2. Variabele weerstand 10kΩ
3. Transistor BC547 (NPN)
4. Buzzer 9V
5. Condensator 1µF/16V
6. 9V Batterij

De transistor BC547 schakelt de buzzer in wanneer de warmte de ingestelde temperatuurdrempel overschrijdt, en uit wanneer de temperatuur daalt. De basis van de transistor krijgt bias van de batterij met de thermistor en variabele weerstand. De buzzer zit aan de uitgang (collector) van de transistor. De schakelaar activeert het circuit.

3. Typen en Toepassing van de Warmtesensor

De warmtesensor baseert zijn twee categorieën op werking:

1. Stijgingssnelheid warmte detectors (Rate-of-rise)
2. Vaste temperatuur warmte detectors (Fixed temperature)

I. Vaste Temperatuur Warmte Detectors

Deze detector gebruikt twee warmtegevoelige thermokoppels: een meet warmteoverdracht door convectie of straling, de ander meet omgevingstemperatuur. De detector activeert ongeacht de starttemperatuur, bij een temperatuurstijging van 12–15°F per minuut. Als de drempelwaarde bepaald kan worden, kan de detector in lage-temperatuur brandcondities werken.

II. Stijgingssnelheid Warmte Detectors

Reageert niet op lage warmtevrijgave die opzettelijk een brand start. Detecteert langzaam ontwikkelende branden door zijn vaste temperatuurelement dat reageert bij een drempel van 136,4°F (58°C).

Er zijn diverse typen temperatuursensoren afhankelijk van hun kenmerken. Een temperatuursensor meet warmte van een systeem, zodat we fysieke verandering voelen via digitaal of analoog signaal. Basistypen:

• Contact temperatuursensoren: fysiek contact nodig met object om vloeistof, vast of gas via geleiding te detecteren over een breed bereik.
• Niet-contact temperatuursensoren: detecteert temperatuurverandering via straling en convectie. Kan infrarood straling gebruiken voor gas en vloeistof die stralen.

4. Hoe Bouwen We een Eenvoudig Warmtesensorcircuit?

U kunt een effectief basis warmtesensor bouwen met makkelijk verkrijgbare onderdelen.

Stap 1: Onderdelen verzamelen:

• Transistor BC547
• Diode 1N4148
• Weerstanden (IEC)
• Een NPN transistor
• 9V batterij voor voeding
• LED lampjes
• Potentiometer (IEC)

U hebt ook een temperatuursensorcircuitontwerp nodig voor componentplaatsing.

De transistor BC547 fungeert als warmtesensor. Bij temperatuurstijging van de p-n overgang begint de transistor deels te geleiden. De diode 1N4148 en 1kΩ variabele weerstand stellen de warmtegevoeligheidsdrempel in. U kunt de knop draaien om de gevoeligheid aan te passen.

Wanneer de temperatuur de drempel overschrijdt, neemt de collectorstroom toe, waardoor de LED langzaam begint te branden.

Stel de variabele weerstand in voordat u test. Draaien volledig één kant: LED uit. Andere kant: LED aan. Zet de potentiometer in een positie waar een lichte draaiing verlichting start.

Temperatuurafhankelijkheid van p-n Overgangen in de Transistor

Formule: V_BE(T) = V_G0 + (kT/q) ln(I_C/I_C0) + ... (vereenvoudigde weergave).

Waar: T = temperatuur in Kelvin, T₀ = referentietemperatuur, V_G0 = bandgaps spanning bij absolute nul, V_BE0 = overgangsspanning bij T₀ en stroom I_C0, k = Boltzmann constante, q = elektronenlading, n = apparaatconstante.

De basis-emitter spanning (V_BE) daalt met ~ -2,5 mV/°C. Er is een spanningsval tussen basis en emitter.

Als we de basis kortsluiten, gedraagt een NPN transistor als diode: collector (1) en basis (2) als positieve terminal, emitter (3) als negatieve terminal. Bij constante spanning wordt de spanning over de transistor een functie van de temperatuur.

De transistor BC547 heeft een werkingtemperatuur tot 150°C, geschikt als warmtesensor bij hoge temperaturen. Hierdoor effectief voor brandalarmen.

5. Voordelen van Temperatuursensor

• Directe reactie
• Meer accurat
• Beïnvloedt het medium niet
• Uitgang gemakkelijk te conditioneren

6. Conclusie

U weet nu hoe u eenvoudige warmtesensor geïntegreerde circuits kunt maken. U kunt elk component aanpassen of toevoegen aan uw ontwerp. Vragen of opmerkingen? Neem contact op.