Visita nuestra “Tienda” y encuentra el sensor infrarrojo termopila TS118-3 Thermopile Sensor – Sensor Termopila
Intro
Una termopila es un dispositivo que convierte la energía térmica en voltaje eléctrico. Es lo que encuentras en esos termómetros de infrarrojos en el oído o en las sondas de temperatura remotas que se usan en la industria alimentaria.
Hay muchas aplicaciones geniales para las que se pueden utilizar, incluyendo sensores de movimiento, sondas de temperatura, alarmas de incendio, detectores de flujo de calor, sensores de robots, monitores de temperatura de forja o imágenes térmicas de baja resolución, por nombrar algunas ideas.
Este Instructivo describirá la aplicación práctica de una termopila (en particular una TS118-3) y mostrará cómo obtener una lectura usando un Arduino.
Soy bastante nuevo en el mundo de la electrónica y encontré que experimentar con esto es una gran manera de aprender. He intentado escribir este Instructivo para que sea fácil de entender tanto por principiantes como por expertos. Por favor, siéntase libre de dejar comentarios constructivos!
Pronto publicaré otro Instructivo que describe cómo construir un circuito práctico usando una termopila para un ventilador de soldadura activado por calor.
Step 1: Partes
Esto es lo que necesitas. Excepto por la termopila que tuve que comprar, la elección de otros componentes se basó en lo que tenía a mano.
TS118-3 Sensor de infrarrojos sin contacto Sensor de temperatura infrarroja (la termopila)
LM358 Resistencias de doble amplificador:
3 x 1K
2 x 8K2
1 x 47K
1 x 68K
1 x 1M
1 x 100nF Condensador Tablero de Arduino
Paso 2: TS118-3 Sensor de Temperatura Infrarrojo – Sin Contacto
Esta es la bestia de la que se trata este proyecto. Este pequeño componente contiene una termopila. Esencialmente convierte la diferencia entre la temperatura ambiente y la temperatura del objeto medido en un voltaje usando el efecto Seebeck. No requiere energía externa para funcionar y puede medir un rango de temperatura entre 0 y 100 grados Celsius.
Debido a que utiliza la diferencia de temperatura, también necesitas saber la temperatura ambiente si quieres medir con precisión la temperatura real. El TS118-3 también contiene un termistor sólo para este propósito.
Las clavijas 1 y 3 son para la propia termopila. Los pines 2 y 4 son para el termistor.
El voltaje que la termopila produce se mide en sólo milivoltios. De hecho, sólo produce unos 4,4mV al máximo. Esto no es muy útil, por lo que necesitamos aumentar el voltaje usando un amplificador.
Este documento proporciona mucha información técnica útil sobre las termopilas, cómo calibrarlas, los factores que afectan a la precisión, y cómo realizar la compensación de la temperatura ambiente con un op-amp.
Cuanto más se averigua sobre las termopilas, más difíciles y complejas parecen. Esperemos que este Instructivo haga que usarlas sea más sencillo.
Paso 3: Amplificador
El amplificador que usé para este proyecto es un LM358 que en realidad contiene dos amplificadores dentro del mismo chip. Requiere energía externa para funcionar. Mira el diagrama de circuitos para ver cómo el amplificador operacional aumenta el voltaje de la termopila.
Las dos resistencias R1 y R2 proporcionan retroalimentación al amplificador operacional. La cantidad de aumento de voltaje se establece por la relación entre ellas. En nuestro caso R1 es 1MOhm (1000KOhm) y R2 es 1KOhm. 1000K/1K es 1000, por lo que el voltaje es aumentado 1000 veces. El voltaje máximo de la termopila es de unos 4,4 mili voltios, lo que es demasiado pequeño. Un aumento de 1000 veces lo convierte en 4,4 voltios. Este es un voltaje práctico para que lo usemos. R3 afecta la sensibilidad de la termopila hasta cierto punto.
Experimente con el cambio de estas resistencias para ver qué efecto produce.
Un termistor es un resistor que cambia su resistencia dependiendo de la temperatura ambiente. Es útil para medir la temperatura ambiente.
El termistor en el sensor es aparentemente un Ni1000 que es importante conocer para calcular la temperatura a partir de su resistencia.
Para leer la salida del termistor utilizamos un divisor de voltaje (Ver el diagrama de circuito). Cuando leemos el voltaje de salida podemos trabajar hacia atrás para calcular la resistencia y por lo tanto la temperatura. Podemos usar una tabla de búsqueda o usar una ecuación para convertir la resistencia en temperatura. La de esta hoja de datos parece ser razonablemente precisa. Véase la imagen de arriba para la fórmula.
Observe que la temperatura de referencia es 0o C a 1000 Ohms.
Espero que las matemáticas no te asusten. Me llevó años descubrir esto, así que lo escribo aquí para ahorrarles el esfuerzo.
Paso 5: Experimentando con Arduino
Conecté el sensor a un Arduino para hacer algunas pruebas.
Rápidamente me di cuenta de que tenía un problema. Las clavijas analógicas del Arduino pueden leer voltajes positivos entre 0 y 5V. Pero el sensor produce un voltaje negativo por debajo de 25o C. ¡Eso hace que nuestras lecturas sean erróneas! La solución es cambiar el voltaje. El sensor lee alrededor de 4.4mV a 100o C y alrededor de -0.6mV a 0o C. Eso es una diferencia de 5mV. ¡Eso es muy útil! Si añadimos 0,6V a la salida del amplificador operacional obtenemos un rango de 0-5V para enviar al Arduino. ¡Perfecto!
Para ello utilizamos un circuito amplificador sumador. El segundo amplificador en el LM358 es muy útil después de todo.
En las fotos de la placa de pan veréis que he usado un LM358 adicional para hacer menos confuso el cableado y la vista.
El código del boceto a ejecutar está adjunto. El programa es simple y sólo da salida a las lecturas de la termopila y el termistor a través del puerto serie.
Nota: El circuito es muy sensible debido a que el sensor sólo emite milivoltios. La temperatura puede parecer que fluctúa mucho con cualquier interferencia. El circuito en sí parece añadir unos 0,6mV a la lectura de la termopila en bruto. Esto se explica en el dibujo con una constante llamada verr. El sensor lee la temperatura en toda el área que ve. El sensor sólo debe ver el objeto que está siendo medido y nada más para obtener una lectura precisa de la temperatura.
Notas de la imagen 1. Utilizado en el boceto para convertir el voltaje de la termopila a una temperatura Celsius
FIle Downloads
https://roostech.co/wp-content/uploads/2020/06/Thermopile.zip
Paso 6 Conclusion
Eso es una termopila en pocas palabras 🙂
Documentos
Descripcion del Producto
Dataseet https://roostech.co/wp-content/uploads/2020/06/TS118_3_Datasheet_Roostech-1.pdf
Pirometria https://roostech.co/wp-content/uploads/2020/06/pyrometry.pdf