Цифровой способ измерения температуры

Как работает цифровой датчик температуры?

Датчики температуры в настоящее время используются повсеместно. Это и системы отопления и климат-контроля. Холодильники, чайники, компьютеры – везде используются различные виды датчиков температур. Это всё только в бытовом применении. В промышленном использовании их сфера применения куда шире.

Методы измерений температур

Физические тела благодаря своим свойствам зависят от температуры, и если знать, как влияет температура на тот или иной материал. Выбор метода и материала для измерений определяется диапазоном измеряемых температур, требований к условиям работы, чувствительности и точности измерения.

Существует два варианта измерений: контактные и бесконтактные.

Бесконтактные – осуществляют измерения на основе теплового излучения тел. Такой метод позволяет проводить измерения, находясь на удалении. Помимо этого они применяются для измерения высочайших температур, при которых контактные датчики работать не смогут. Однако к проблемам таких измерителей относят низкую точность измерения низких температур. Нередко и вовсе становиться невозможно, измерить такие температуры.

Контактные – проводят измерения, основываясь на принципе теплового равновесия между измеряемым объектом и чувствительным элементом измерительного прибора. К таким относятся термопары, терморезисторы и др.

Термопары обладают очень высоким диапазоном измеряемой температуры, практически от самого абсолютного нуля до показателей достигающих отметки в три тысячи градусов Цельсия. Однако в виду особого свойства работы термопары (она измеряет разницу между двумя спаями) для измерения второго спая придется придумать иной способ замера.

Проблемы с точностью измерений термопары создает и используемые материал, наличие в нем примесей и способ обработки. Всё это может влиять на термоэдс прибора в целом.

Терморезисторы использует проволочный и полупроводниковый метод измерения. В зависимости от изменения сопротивления металла во время нахождения в определенной температурной среде. Иными словами от изменений температуры окружающей среды, изменяется число сопротивляемости измерительного элемента.

К минусам терморезисторов относят не очень высокую точность и подверженность к износу измерительного материала вызывающее еще большее падение точности со временем.

Существуют датчики в виде микросхем. Они имеют встроенной к чувствительному элементу структурой формирования исходящего сигнала. Такие датчики бывают аналоговые и цифровые. Подключение таких аппаратов к микроконтроллерам является очень простым. Аналоговые подключаются к ADC, а цифровые с любой популярный интерфейс (чаще IC).

Подобные устройства обладают неплохой точностью и малой ценой. Их использование удобно в большинстве случаев и имеет свою нишу, где используют только их. Однако есть и недостатки такие как – зависимость от питания, большое количество выводов требует большого количества проводников. Питающий их ток снижает точность измерений. Область температур сильно ограничена вышеназванными условиями, и рассчитана на температуры не ниже -55 и не выше 125 градусов Цельсия.

Цифровые технологии измерений

Цифровые датчики являются на текущий момент самым оптимальным решением для работы с микроконтроллерами, если нет каких-то специфических условий. В отличии от аналоговых, цифровые могут работать в длинной проводной линии и их сигнал более устойчив к помехам.

Рабочий интерфейс позволяет подключать одновременно несколько цифровых датчиков на линию, осуществляя покрытие большой территории датчиками, и считывая градиент изменения температур на площади. Цифровые измерители способны работать даже с самыми примитивными интерфейсами.

Аналого-цифровые измерители могут иметь достаточно долгое время преобразования сигнала от измерительного элемента в цифру (до 1 секунды в высоком разрешении), но точность при этом остается весьма высокой (погрешность около +- 0.5 градусов Цельсия при измерении в районе комнатных температур).

В заключении следует перечислить все преимущества цифры:

• отличные показатели точности;
• высокая повторяемость характеристик;
• линейность;
• устойчивость перед лицом внешних помех;
• низкая цена;
• подключение нескольких измерителей к одной рабочей шине;
• проста в эксплуатации.

Основные модели

Бюджетная модель, обладающая хорошей точностью. Для подключения использует 1-Wire, что позволяет подключать измерители по трехпроводной линии.

Имеет фиксированное время преобразования. Обладает возможностью подключать до 8 устройств на шину. Обладает точностью до 0.125 градуса Цельсия.

Также как и LM75A имеет возможность подключить до 8 устройств, при этом обладает большей скоростью работы, чем DS18B20, таким образом, собирая всё лучшее от всех моделей.

Гигрометры

Цифровой датчик температуры – это далеко не весь потенциал цифры. В таком датчике также может быть совмещен и измеритель влажности воздуха. А благодаря возможности программировать цифровое устройство, аппарат становиться и своего рода реле для климатических установок и вентиляций.

Требования к гигрометру всегда одни: точность, чувствительность, легкий монтаж и заменимость. Второстепенным, но немаловажным будет стоимость гигрометра, на которую также обращает внимание среднестатистический покупатель.

Они представлены в виде конденсатора с воздушным зазором. Когда изменяется число водяного пара, изменяется и емкость конденсатора. Прибор достаточно точен для измерения влажности в бытовых условиях, хотя и не удовлетворит специфических требований по особо точным измерениям низкой влажности. Среднее отклонение у таких устройств 2% при разбросе измеряемой влажности в 5-95%.

№	Полезная информация
1	Резистивные

Принцип работы основан на измерении влажности гигроскопической среды. В датчике находится подложка, на которую при помощи фоторезистора наложили пару электродов и накрыли проводящим полимером.

Срабатывает система каждые 10-30 секунд. Устройство не требовательно к настройке и легко заменяется. Исправная работа устройства обеспечивается до 5 лет при условии отсутствия в воздухе высокого содержания вредных химических примесей.

Такие чаще всего используются в бытовых приборах. Суть их работы в связанных между собой в одном мосту нескольких термисторов. Один из термисторов изолирован, в то время как другой открыт, разнится между ними и преобразуется в необходимый результат.

Цифровой измеритель в отличии от аналогов собрать самостоятельно намного сложнее, он требует настройки от специалиста. Его преимуществом является выносной дисплей с элементами программирования датчика. Такими как установка таймеров измерения, срабатывание на движение (при оборудовании его еще и датчиком движения), и в целом цифровой датчик является своего рода конструктором который можно собрать в нечто намного большее, чем просто гигрометр. Или же расширять его возможности постепенно по мере необходимости. Из минусов помимо проблем с первоначальной настройкой – отсутствие вентиляции при выключенном электричестве.

Области применения цифровых датчиков

Как уже стало ясно, цифровые измерители сейчас набирают всё большую популярность и используются практически во всех сферах, как более простые, дешевые и гибкие датчики. Устройства на основе цифры чаще всего используют в овощехранилищах и подвалах. Благодаря их тесной работе с программатором ими легко управлять. Настраивать необходимую температуру и поддерживать ее при помощи функций реле, которые также может обеспечивать датчик при дополнительных настройках.

Источник

Ртутный, цифровой, инфракрасный: как правильно пользоваться градусниками

Казалось бы, нет ничего проще, чем измерить температуру: поместил градусник подмышку, подождал десять минут, посмотрел. Но все не так просто: люди часто не умеют пользоваться термометрами и даже не подозревают об этом. Разбираемся, какой градусник подходит именно вам и как не допустить ошибок при его использовании.

Ртутные и галинстановые термометры

Медицинский ртутный градусник относится к максимальным термометрам — это значит, что он показывает максимальное значение температуры, достигнутое в ходе измерения, и при ее уменьшении столбик ртути не уходит вниз. Именно поэтому прежде чем поместить градусник в область подмышки его требуется хорошенько встряхнуть.

Несмотря на то, что в западных странах давно предпочитают использовать цифровые градусники, в России многие по старинке до сих пор пользуются ртутными, считая их наиболее надежными. Однако этот «дедовский» способ измерения температуры постепенно уходит в прошлое: с 2020 года Россия вслед за другими странами ВОЗ отказалась от производства ртутных градусников. Причина проста: использование в домашних условиях приборов с содержанием ртути слишком опасно.

Сейчас в максимальных термометрах вместо ртути используют безопасный жидкий металл галистан (сплав галлия, индия и олова). Фактически это «родной брат» ртутного градусника, то есть он выглядит и используется точно так же.

Плюсы максимальных термометров:

• стабильная точность измерения (допустимая погрешность 0,1 градуса);
• разнообразие способов измерения (ректально, орально или подмышкой);
• долговечность (если не ронять, то ломаться в ртутном и галинстановом термометре нечему);
• легкость дезинфекции (нельзя разве что кипятить);

Минусы:

• относительно легко разбить, и даже если вы используете галинстановый градусник, на полу останутся опасные мелкие осколки;
• значительное время измерения — около 10 минут;
• маленьким детям нежелательно использовать его орально;
• галинстантовый термометр замерзает при температуре -19°С, поэтому его необходимо хранить только при комнатной температуре.

Электронный (цифровой) градусник

Сегодня это наиболее популярный способ измерения температуры благодаря простоте использования и безопасности. Электронный градусник в пластиковой капсуле имеет металлической наконечник, меняющий электропроводимость в зависимости от температуры тела. Эти изменения фиксируются прибором и переводятся в привычные нам градусы Цельсия.

В России бытует распространенный миф, что цифровые градусники «врут». По словам врача и медицинского блогера Алексея Водовозова, объяснение этому очень простое: многие просто не читают инструкцию к термометру.

«При использовании цифрового термометра люди нередко допускают одну и ту же ошибку: смотрят на показания сразу после звукового сигнала, который на самом деле свидетельствует о том, что температура растет с определенной скоростью. После того, как градусник «запищал», его надо подержать под мышкой еще минимум одну минуту».

Цифровой градусник может некорректно измерить температуру тела и в том случае, если он произведен несертифицированной компанией. Чтобы этого избежать, достаточно купить градусник в аптеке, а не на «Алиэкспресс».

Плюсы электронного градусника:

• безопасность: такой градусник невозможно разбить, в нем нет ртути и стекла;
• время измерения около 1,5-3 минут;
• легкость чтения результатов;
• автоматическое отключение;
• почти все модели помнят последние показания;
• термометры с подсветкой можно использовать в темноте.

Минусы:

• смена батареек может потребоваться в самый неподходящий момент.

Инфракрасный (ушной) термометр

Этот термометр измеряет температуру внутри уха, считывая инфракрасное излучение. Устройство появилось на рынке сравнительно недавно и пользуется большим спросом за счет того, что позволяет быстро и без прямого контакта измерить температуру тела, в том числе ребенку или спящему человеку. Как и электронный градусник, он абсолютно безопасен. Но несмотря на его удобства, есть у такого прибора и серьезные ограничения.

Плюсы инфракрасного термометра:

• снабжен всеми дополнительными функциями электронных термометров (память, звуковые сигналы, автоотключение и т.п.);
• дает возможность очень быстро измерить температуру (5-30 секунд);
• сменные наконечники решают вопрос гигиены и дезинфекции.

Минусы:

• если неправильно откалибровать прибор, его точность может значительно снизиться;
• также дает недостоверные результаты в том случае, если в ухе скопилось много серы или есть воспаление;
• не подходит для детей младше 6 месяцев из-за особенностей развития;
• можно использовать не раньше, чем через 15 минут после возвращения с улицы, особенно зимой;
• довольно высокая стоимость: ценник от 500 рублей, качественная модель обойдется в 3-4 раза дороже.

Есть и другие виды термометров, которые могут выглядеть привлекательно из-за удобства, но врачи их не рекомендуют, поскольку их точность весьма сомнительна. К таким термометрам относятся:

Термополоски. Это термочувствительная пленка, внешний вид которой меняется в зависимости от температуры тела, к которому она приложена. Они имеют только градацию «повышена» или «не повышена», показывая только, нужно ли измерять температуру другим способом. Такой термометр можно использовать разве что в походных условиях, когда нет возможности воспользоваться нормальным термометром.

Термометры-соски. Их часто используют для младенцев, но увы, они не слишком точны. Кроме того, чтобы измерить температуру, они должны находиться во рту довольно продолжительное время.

Как измерить температуру в подмышечной ямке

Для этого способа измерения температуры подходит ртутный, галинстановый или электронный градусник.

• если вы недавно поели или у вас были физические нагрузки, подождите минимум 30 минут.
• стеклянный градусник надо встряхнуть, чтобы температура на столбике была минимум 35 °C. Если термометр электронный, достаточно просто его включить.
• подмышечная впадина должна быть сухой, пот необходимо протереть салфеткой или полотенцем.
• держите руку плотно прижатой к телу, это необходимо для нагревания кожи подмышкой, чтобы она совпадала с температурой тела.
• максимальные термометры следует держать держать до 10 минут, электронный градусник — на минуту дольше после звукового сигнала.

Как измерить температуру ректально

Обычно этот способ применяется для определения температуры у младенцев, и для этого подходит только электронный градусник, поскольку стеклянный слишком небезопасен.

• для измерения ректальной температуры заведите отдельный градусник, который вы не будете использовать другими способами;
• вымойте термометр теплой водой с мылом;
• нанесите небольшое количество вазелина или другой смазки на наконечник;
• положите ребенка на бок или на спину, согните ему ноги.
• аккуратно введите градусник в анальное отверстие, пока его наконечник полностью не войдет в прямую кишку;
• после использования тщательно промойте градусник с мылом и протрите его спиртовым антисептиком.

Как измерить температуру орально

Это самый распространенный способ измерения температуры в западных странах, поскольку он считается более точным, чем если ее измерить в подмышке. Чтобы определить температуру во рту, можно воспользоваться как стеклянным градусником, так и цифровым, однако из соображений безопасности лучше воспользоваться последним.

• Вымойте руки с мылом, затем ополосните градусник в холодной воде и протрите его антисептиком. Удалите остатки спирта чистой сухой салфеткой;
• После еды или питья следует подождать 30 минут, прежде чем измерить температуру, чтобы показатели были корректными.
• Поместите под язык наконечник термометра — максимального или цифрового, — и держите его столько, сколько необходимо с учетом типа градусника.

Как измерить температуру в ухе

• Осторожно поместите включенное устройство в слуховой проход не дальше, чем указано в инструкции;
• Крепко держите термометр до тех пор, пока не услышите звуковой сигнал.

Самая оптимальная температура тела у взрослого человека— это 36,6 °C, и она считается нормальной вплоть до 37 °C. Обычно она понижена с утра и достигает своего пика после полудня или ближе к вечеру. Бывают и индивидуальные особенности: например, у некоторых людей 37,2 °C может быть «рабочей» температурой.

У детей до года ректальная температура может подниматься до 37,7 °C (36,5–37,1 °C под мышкой), и это тоже норма.

Есть важный нюанс: температура во рту выше, чем под мышкой, на 0,3–0,6 °C, ректальная — на 0,6–1,2 °C, в ухе — до 1,2 °C. Таким образом, 37,5 °C — это повод для беспокойства, если вы мерили температуру в подмышечной впадине, но не ректально.

Источник