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Thermopile-Sensor

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Thermopile-Sensor

Eine Thermosäule ist eine Vorrichtung, die thermische Energie in elektrische Spannung umwandelt. Es ist, was Sie in den In-Ear-Infrarot-Thermometer oder Remote-Temperatur-Sonden in der Lebensmittelindustrie verwendet finden.

Gibt es viele coole Anwendungen, die sie für Bewegungssensoren, Temperaturfühler, Feuermelder, Wärmestromdetektoren, Robotersensoren, Schmiedetemperaturwächter oder thermische Bilderzeugung mit niedriger Auflösung verwenden können, um einige Ideen zu nennen.

Dieses Instructable beschreibt die praktische Anwendung einer Thermosäule (insbesondere eines TS118-3) und zeigt, wie man eine Auslesung mit einem Arduino erhält.

Ich bin ziemlich neu in der Welt der Elektronik und ich fand das Experimentieren mit diesem großen Weg zu lernen. Ich habe versucht, diese Instructable zu schreiben, so ist es leicht zu verstehen, von Anfängern und nützlich für Experten. Fühlen Sie bitte sich frei, konstruktive Anmerkungen zu lassen!

Ich werde ein weiteres Instructable veröffentlichen, das bald beschreibt, wie man einen praktischen Schaltkreis mit einer Thermosäule für einen Hitzeaktivierten Lötventilator baut.

Schritt 1: Teilanforderungen

Hier ist was Sie brauchen. Abgesehen von der Thermosäule, die ich hatte, um die Wahl der anderen Komponenten kaufen basiert auf, was ich zu hand hatten.

  • TS118-3 Berührungsloser Infrarotsensor Infrarot-Temperatursensor (die Thermosäule)
    • Ich habe mir von Ebay
  • LM358 Dual-Op-Verstärker
  • Widerstände:
    • 3 x 1K
    • 2 x 8K2
    • 1 x 47K
    • 1 x 68K
    • 1 x 1M
  • 1 x 100nF Kondensator
  • Arduino
  • Steckbrett

Schritt 2: TS118-3 Berührungsloser Infrarot-Temperatursensor

Thermopile-Sensor

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Dieses ist das beastie, das dieses Projekt ganz ist.
Diese kleine Komponente enthält ein Thermopile . Im Wesentlichen wandelt es die Differenz zwischen der Umgebungstemperatur und der Objekttemperatur in eine Spannung , die gemessen wird unter Verwendung Seebeck - Effekt . Es erfordert keine äußere Energie zu arbeiten und kann einen Temperaturbereich zwischen 0 und 100 Grad Celsius messen.

Da es Temperaturunterschied verwendet, müssen Sie auch die Umgebungstemperatur kennen, wenn Sie die tatsächliche Temperatur genau messen möchten. Der TS118-3 enthält auch einen Thermistor nur für diesen Zweck.

Die Pins 1 und 3 sind für die Thermosäule selbst. Die Pins 2 und 4 sind für den Thermistor.

Die Spannung, die die Thermosäulen-Ausgangssignale in nur Milli-Volt gemessen werden. Tatsächlich produziert sein nur ungefähr 4.4mV am Maximum. Dies ist nicht sehr nützlich, so müssen wir die Spannung mit einem OP-Verstärker zu steigern.

Dieses Dokument bietet viele nützliche technische Informationen zu Thermopiles, wie sie, Faktoren zu kalibrieren Genauigkeit zu beeinflussen, und wie bei einer Umgebungstemperaturkompensation durchzuführen Operationsverstärker .

Je mehr Sie herausfinden, über thermopiles desto schwieriger und komplexer sie scheinen! Hoffentlich wird diese Instructable machen mit diesen einfacher.

Schritt 3: Operationsverstärker

Thermopile-Sensor

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Der op-amp, den ich für dieses Projekt verwendete, ist ein LM358, das wirklich zwei OP-Verstärker innerhalb des gleichen Spanes enthält. Es erfordert externe Stromversorgung zu arbeiten.
Überprüfen Sie den Schaltplan, wie der OP-Verstärker die Spannung der Thermosäule erhöht.

Die beiden Widerstände R1 und R2 liefern Rückkopplungen an den Operationsverstärker. Der Betrag der Spannungsverstärkung wird durch das Verhältnis zwischen ihnen eingestellt. In unserem Fall ist R1 1MOhm (1000KOhm) und R2 ist 1KOhm. 1000K / 1K ist 1000, so dass die Spannung 1000 mal erhöht wird.
Die maximale Spannung von der Thermosäule beträgt etwa 4,4 Milli-Volt, was viel zu klein ist. Ein 1000-mal Verstärkung macht es jetzt 4,4 Volt. Dies ist eine praktische Spannung für uns zu verwenden.
R3 beeinflusst die Empfindlichkeit der Thermopile bis zu einem Punkt.

Experimentieren Sie mit dem Ändern dieser Widerstände zu sehen, was sie beeinflussen macht.

Schritt 4: Thermistor

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Ein Thermistor ist ein Widerstand, der seinen Widerstand in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur ändert. Es ist sinnvoll, die Umgebungstemperatur zu messen.

Der Thermistor im Sensor ist anscheinend ein Ni1000, was wichtig ist, um die Temperatur aus seinem Widerstand zu berechnen.

Zum Lesen der Thermistor Ausgang wir verwenden Spannungsteiler (siehe Schaltplan). Wenn wir die Ausgangsspannung lesen, können wir rückwärts arbeiten, um den Widerstand und damit die Temperatur zu berechnen. Wir können eine verwenden Lookup - Tabelle oder eine Gleichung verwenden Temperaturbeständigkeit zu konvertieren. Der in diesem Datenblatt scheint einigermaßen genau zu sein. Siehe Abbildung oben für die Formel.

Man beachte , dass die Bezugstemperatur 0 ° C bei 1000 Ohm.

Ich hoffe, dass die Mathematik Sie nicht erschreckt. Es dauerte mich Ewigkeiten, um dies herauszufinden, so dass ich es hier schreiben, um Ihnen die Mühe sparen!

Schritt 5: Experimentieren mit Arduino

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Ich habe den Sensor an einen Arduino angeschlossen, um einige Tests durchzuführen.

Ich erkannte schnell, dass ich ein Problem hatte. Die analogen Pins auf dem Arduino können positive Spannungen zwischen 0 und 5V lesen. Aber der Sensor erzeugt eine negative Spannung unterhalb von 25 o C. Das macht unsere Lesungen falsch! Die Lösung besteht darin, die Spannung zu verschieben. Der Sensor liest über 4.4mV bei 100 ° C und etwa -0.6mV bei 0 o C. Das ist ein Unterschied von 5mV. Nun, das ist praktisch! Wenn wir dem Ausgang des Operationsverstärkers 0.6V hinzufügen, erhalten wir einen Bereich von 0-5V zum Senden an den Arduino. Perfekt!

Tun Sie dies, verwenden wir eine Summierverstärkerschaltung. Der zweite Verstärker der LM358 ist praktisch.

In den Bildern des Brotbrettes wirst du sehen, dass ich tatsächlich ein zusätzliches LM358 verwendet habe, um es weniger verwirrend zu machen, um zu verdrahten und zu sehen.

Der Sketch-Code, der ausgeführt werden soll, ist beigefügt.
Das Programm ist einfach und liefert nur die Messwerte von der Thermosäule und dem Thermistor über serielle Schnittstelle.

Hinweis:
Die Schaltung ist sehr sensitiv, da der Sensor nur Milli-Volt ausgibt. Die Temperatur kann mit jeder Interferenz stark fluktuieren.
Die Schaltung selbst scheint etwa 0,6 mV zum Thermosäulen-Rohlesen hinzuzufügen. Ich stehe für diese in der Skizze mit einer konstanten genannt verr.
Der Sensor liest die Temperatur über die gesamte Fläche, die er sieht. Der Sensor muss nur das Messobjekt sehen und nichts anderes, um eine genaue Temperaturmessung zu erhalten.

Schritt 6: Schlussfolgerung

Das ist eine Thermosäule in Kürze. Bleiben Sie dran für einen anderen Instructable mit diesem Sensor, um einen Wärmeaktivierten Lötfächer zu bauen.

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