Concevoir un circuit capteur de chaleur fiable : Fonctionnement expliqué et guide de construction pas à pas

De la même manière que vous pouvez sentir la chaleur et une montée de température, les dispositifs électroniques peuvent faire de même. Contrairement à votre corps qui dépend de processus biologiques, les dispositifs électroniques utilisent des capteurs de température, et les capteurs de température ont des utilisations extensives. Si vous êtes un passionné d'électronique avide d'en savoir plus sur le circuit capteur de chaleur, ceci est pour vous.

1. Qu'est-ce qu'un circuit capteur de chaleur ?

Le circuit de capteur de température existe dans le capteur de chaleur. Il notifie lorsque la température augmente et dépasse une valeur particulière avec l'aide d'une DEL clignotante ou d'un buzzer. On peut dire qu'il fonctionne comme un dispositif d'alarme d'avertissement, par exemple dans un détecteur de fumée.

Un détecteur de température par résistance (RTD) ou un thermocouple utilise un signal électrique pour donner des relevés de température en degrés Celsius.

Les circuits de détection de température sont partout dans le monde numérique d'aujourd'hui, des ordinateurs aux appareils de cuisine high-tech. Ils sont nécessaires car une chaleur excessive a le potentiel d'endommager les composants coûteux dans un dispositif électronique. Les capteurs de chaleur sont également vitaux pour améliorer les systèmes de sécurité.

2. Comment fonctionne un circuit capteur de chaleur ?

Un circuit de capteur de température simple sert généralement à détecter la chaleur autour de lui. Le fonctionnement du thermomètre dépend de la tension de sortie qui passe à travers la diode, ce qui signifie que le changement de température est directement proportionnel à la résistance de la diode. Plus la température est élevée, plus la résistance sera grande et vice versa.

Vous pouvez ajuster le niveau de seuil en utilisant la résistance variable.

Le diagramme ci-dessous représente un schéma de circuit capteur de chaleur de base qui utilise un thermistance à coefficient de température négatif (NTC). Le NTC est responsable d'une diminution de la valeur de résistance lorsque la température augmente. Cette vidéo contient plus d'informations sur le NTC et comment le tester.

Schéma de circuit intégré capteur de chaleur.

Composants du circuit :

1. Thermistance NTC 2,2 kΩ
2. Résistance variable 10 kΩ
3. Transistor BC547 (NPN)
4. Buzzer 9 V
5. Condensateur 1µF/16V
6. Batterie 9 V

Le transistor BC547 active le buzzer chaque fois que la chaleur dépasse la plage de températures définie et l'éteint lorsque la chaleur tombe en dessous des limites. La base du transistor reçoit son biais de la batterie avec la thermistance ainsi que la résistance variable. Le buzzer, d'autre part, se connecte à la sortie du transistor. L'interrupteur active le circuit.

3. Types et applications du capteur de chaleur

Le capteur de chaleur base ses deux catégories sur son fonctionnement. Ce sont :

1. Détecteurs de chaleur à taux de montée
2. Détecteurs de chaleur à température fixe

I. Détecteurs de chaleur à température fixe

Ce détecteur utilise deux thermocouples sensibles à la chaleur et l'un surveille le transfert de chaleur par convection ou rayonnement, et l'autre surveille la chaleur de l'environnement. Le détecteur de chaleur fonctionnera indépendamment de la température de départ, et la température monte de 12 °F à 15 °F par minute (environ 6,7 °C à 8,3 °C par minute). S'il y a une possibilité de déterminer la valeur de seuil du type de détecteur de chaleur, nous pouvons faire fonctionner le détecteur dans des conditions d'incendie à basse température.

un détecteur de chaleur à température fixe

II. Détecteurs de chaleur à taux de montée.

Il ne répond pas aux faibles taux de libération de chaleur qui déclenchent délibérément un incendie. Il aide à détecter les incendies à développement lent en raison de son élément à température fixe qui réagit chaque fois qu'il atteint un seuil de 136,4 °F ou 58 °C.

un détecteur de chaleur à taux de montée

Il existe divers types de capteurs de température selon leurs caractéristiques. Un capteur de température détecte la chaleur provenant d'un système qui nous permet de ressentir un changement physique dû à la température provenant d'un signal numérique ou analogique. Les types de base de capteurs sont :

Types de capteurs de température par contact – ils doivent être en contact physique avec l'objet pour détecter liquide, solide ou gaz sur une large gamme via conduction.

Types de capteurs de température sans contact – détectent le changement de température en utilisant le rayonnement et la convection. Ils peuvent utiliser le rayonnement infrarouge pour détecter le gaz et le liquide qui rayonnent.

4. Comment construire un circuit capteur de chaleur primaire ?

Vous pouvez construire un capteur de chaleur primaire efficace. Les éléments pour en faire un sont faciles d'accès.

La première étape est de préparer les pièces. Ce sont :

• Transistor BC547
• Diode 1N4148
• Résistances (CEI)
• Un transistor NPN
• Une batterie 9 V pour l'alimentation
• Des DEL
• Potentiomètre (CEI)

Vous aurez également besoin d'une conception de circuit de détection de température pour aider à mapper où vont les composants.

conception de circuit

Le transistor BC547 fonctionnera comme un capteur de chaleur. Comme il y a une augmentation de la température de la jonction p-n, le transistor commence à conduire partiellement.

La diode 1N4148 et la résistance variable de 1 kΩ aident à définir un seuil pour la sensibilité à la chaleur. Vous pouvez tourner le bouton si vous voulez ajuster la sensibilité.

Lorsque la température augmente au-delà du niveau de seuil, le courant de collecteur augmente, affectant la DEL pour qu'elle commence à s'allumer lentement.

Vous devriez régler la résistance variable avant de commencer à tester le circuit. Tourner le bouton complètement dans un sens éteindra la DEL, et le tourner dans le sens opposé allumera la DEL. Donc, réglez le potentiomètre dans une position où une légère rotation commence l'illumination.

En utilisant la formule ci-dessous, nous pouvons comprendre la dépendance en température des jonctions p-n dans le transistor.

T = température en kelvins,

T₀ = température de référence,

V_G0 = tension de bande interdite à zéro absolu,

V_BE0 = tension de jonction à la température T₀ et courant I_C0,

k = constante de Boltzmann,

q = charge d'un électron,

n = une constante dépendante du dispositif.

La tension de jonction est une fonction de la densité de courant. Nous pouvons obtenir une sortie de tension similaire en faisant fonctionner les deux jonctions au même courant.

Plus d'informations sur cette formule sont disponibles ici.

La tension Base-Émetteur (VBE) chute d'environ -2,5 mV/°C. Cela signifie qu'il y a une chute de tension entre B et E.

Si nous court-circuitons la base, un transistor NPN court-circuitera (2) et collecteur (1), agissant comme une diode. Dans ce cas, 2 et 1 serviront de borne positive tandis que 3 agit comme borne négative.

Si nous maintenons la source de tension, la tension deviendra la fonction de la température à travers le transistor.

Configuration des broches du transistor NPN BC547 avec 1- collecteur, 2- base, 3- émetteur

Le transistor BC547 a une température de fonctionnement allant jusqu'à 150 degrés Celsius, fonctionnant à haute température comme capteur de chaleur. Grâce à ce facteur, il aide à fabriquer des alarmes incendie efficaces.

5. Avantages du capteur de température

• Répond instantanément
• Il est plus précis
• N'affecte pas le milieu
• Il est facile de conditionner la sortie

6. Conclusion

En conclusion, j'espère que vous êtes maintenant informé sur la façon de fabriquer des circuits intégrés simples de capteur de chaleur. Vous pouvez facilement modifier ou ajouter n'importe quel composant à votre conception pour l'adapter à vos besoins. Si vous avez des questions ou des commentaires, n'hésitez pas à nous contacter ici.