Masurarea Temperaturii

2. Masurarea temperaturii

Temperatura este marimea neelectrica cea mai des masurata. Senzorii de temperatura folositi in automatizari au o mare varietate, datorita gamei largi de temperatura care se masoara, precum si preciziei cu care se masoara intr-un anumit domeniu.In sistemul international de unitati de masura, pentru masurarea temperaturii corpurilor, se utilizeaza scara de temperatura termodinamica stabilita pe baza a sase temperaturi fixe reproductibile definite de starile de echilibru ale unor materiale la presiunea normala de 101325 Pa. In cadrul acestei scari, unitatea de temperatura termodinamica este Kelvinul (K) definit ca fractiunea 1/273,16 din temperatura termodinamica a punctului triplu al apei.

Efectele temperaturii ridicate pot fi dezastruoase in circuitele electrice , de aceea trebuie evitate erorile de masurare , pentru ca trebuie sa avem o idee cat mai buna despre variatia temperaturii si ce factori intervin in cresterea acesteia .

Marimile ce intervin in masurarea temperaturii si introduce erori se datoreaza in primul rand, efectelor de schimb de caldura dintre senzor si mediu. Evaluarea erorii de masurare se face prin calculul raspunsului senzorului, aceasta eroare fiind cu atat mai mica cu cat conductanta termica senzor-corp este mai mare. O alta sursa de eroare poate fi incalzirea senzorului datorita curentului propriu care trece prin senzor (mai ales in cazul traductoarelor parametrice).Marea varietate a traductoarelor se mai datoreaza si caracteristicilor constructive ale lor, care sunt determinate de mediile in care ele trebuie sa functioneze.Fenomenele care stau la baza functionarii senzorilor de temperatura prezinta la fel o mare diversificare.

Conversia temperatura-marime electrica, facuta de senzor, se realizeaza pe baza efectelor produse de campul termic asupra diferitelor materiale conductoare sau semiconductoare.Efectele produse de temperatura asupra diferitelor corpuri cu care vin in contact direct sau indirect sunt: dilatarea, modificarea dimensiunilor solidelor sau modificarea volumului lichidelor, variatia conductivitatii electrice la materiale conductoare sau semiconductoare, modificarea proprietatilor magnetice in cazul unor materiale magnetizabile, aparitia si variatia unei tensiuni electromotoare (pentru senzori activi), variatia intensitatii si a spectrului radiatiei emise de corp, precum si modificarea frecventei de rezonanta proprie a materialului.Traductoarele de temperatura, pe langa realizarea conversiei temperatura-marime electrica, trebuie sa aiba si alte proprietati, cum sunt: sensibilitate, reproductibilitate, timp de raspuns mic, liniaritate pe un domeniu cat mai mare, montare si interschimbabilitate rapida si usoara. Ele trebuie sa fie protejate impotriva unor eventuale actiuni distructive mecanice sau chimice. Aceste protectii, care se adauga in timpul realizarii traductoarelor, duc la scaderea performantelor acestora.

Monitorizarea temperaturii in acest proiect este necesara pentru prevenirea supraincalzirii baterie , aceasta fiind un factor important in durata de viata a acumulatorului .

Efectele distructive ale temperaturii ridicate :

1.Supraîncălzirea

Supraîncălzirea este întotdeauna o problemă și este un factor care contribuie la aproape toate caderile celulelor din acumulatori. Ea are multe cauze si poate duce la schimbări ireversibile ale substanțelor chimice utilizate în celule, emisii de gaze, deformarea  materialelor, umflarea și o denaturare a carcasei celulei. Prevenirea unei celule de supraîncălzire este cel mai bun mod de prelungire a vieții sale.

Actiunea distructivă a temperaturii

Rata la care recatile chimice se dubleaza este pentru fiecare 10 ° C crestere a temperaturii celulei. Flux de curent printr-o celulă determină temperatura să crească. Așa cum temperatura creste viteza de acțiune electro-chimica, în același timp impedanța celulei scade si duce la temperaturi și mai ridicate sub actiunea curenților mar.  Acesti factori ar putea duce în cele din urmă la distrugerea celulelor din baterie cu excepția cazului cand sunt luate măsuri de precauție prin instalararea de senzori termici care pot influenta sistemul de incarcare a regulatoarelor si redresoarelor din cadrul sistemelor cu energie alternativa. După cum se menționează mai sus, totuși procesul de îmbătrânire va provoca epuizarea treptată a masei active, iar acumculatorul va trebui inlocuit.

Reacțiile chimice ale bateriei se schimba cu temperatura..Daca bateria se încălzește, degajarea de gaz crește. Pe măsură ce bateria se raceste, devine mai rezistent la încărcare. Este important să se adapteze încărcare, pentru a ține cont de efectele temperaturii. Senzorul de temperatură va măsura temperatura bateriei

Senzorul pentru masurarea temperaturii LM35

Am ales pentru masurarea temperaturii acumulatorului senzorul LM35 , deoarece este o varianta precisa de masurare , avantajoasa din punct de vedere economic si este compatibila cu platforma Arduino .

LM35 este un senzor integrat de temperatură care lucrează ca o diodă Zener cu tensiunea de străpungere proporțională cu temperatura joncțiunii. Ea asigură o sensibilitate de +10mV/°C. Având o rezistență dinamică de 1 ohm, ea poate lucra cu aceleași performanțe la curenți între 400µA și 5mA. Circuitul prezintă și o intrare de ajustare cu ajutorul căreia se poate ajusta eroarea a.î. să se obțină minimizarea acesteia în domeniul de lucru. Calibrarea se face conectând un potențiometru la terminalele senzorului, cursorul acestuia fiind legat la terminalul de ajustare. Circuitul poate fi polarizat simplu, cu o rezistență de la o sursă de tensiune sau cu o sursă de curent.

Senzorul integrat LM35 este un senzor de temperatura de precizie, cu iesire analogica de tensiune proportionala liniar cu temperatura masurata in grade Celsius. Iesirea are impedanta scazuta, este liniara si precizia implicita de calibrare simplifica interfata de citire a iesirii.

 Caracteristici generale: 

–        calibrat direct in °C;

–        factor de scala liniar +10 mV/ °C;

–        masurarea temperaturii in intervalul 0 °C ¸ +100 °C;

–        tensiune de alimentare intre 4¸30 V – 20 V si un curent de 60 µA;

–        impedanta de iesire 0,1 Ω pentru un curent de incarcare de 1 mA;

–        propria incalzire introdusa este de 0,08 °C in aer.

                         Schema senzorului integrat LM35

Seria LM35 sunt circuite de precizie, senzori de temperatura, a cărui tensiune de ieșire

este direct proporțională cu Celsius (grade Celsius) temperatura.

LM35 are astfel un avantaj fata de senzori de temperatură liniari calibrati în grade

Kelvin(°K), deoarece utilizatorul nu mai este nevoit sa foloseaca constante pentru a

obține o scalare convenabila in grade Celsius .

LM35 nu necesita calibrare externa pentru a furniza o precizie de ±0.25 °C la

temperatura de 25 °C si de ±0.75 °C pe tot domeniul de temperatura. Impedanță de

ieșire scazuta , ieșire liniară și calibrarea interna face din LM35 un circuit usor de

interfatat cu alte circuite de citire sau de control .

Acesta poate fi alimentat la surse monoalternanta(+V,0V), sau surse dubla-

alternanta(+V,0V,-V). Consumul de curent foarte scazut al lui LM35 este de 60 μA

atrage dupa sine o auto-incalzire de mai putin de 0,1 ° C în aer.

LM35 poate fi aplicat cu ușurință în același mod ca și alte circuite integrate senzori de

temperatura. Acesta poate fi lipit sau cimentat, iar temperatura suprafetei va fi de

aproximativ 0,01 ° C. Acest lucru presupune că temperatura aerului ambiental este aproape aceeași cu temperatura de suprafață.

Specificațiile de precizie ale LM35 sunt date de o funcție simplă de transfer liniar:

VOUT = 10 mv/°F × T;

.