La domanda di sensori termici senza contatto sta aumentando rapidamente.
I sensori termici sono comunemente utilizzati nei settori industriale, medico, degli elettrodomestici, della sicurezza, dell'intrattenimento e in altri ambiti; in particolare, i sensori senza contatto presentano meno restrizioni e applicazioni più ampie. L'uso di sensori termici senza contatto per rilevare la temperatura corporea e percepire la presenza del corpo umano è diventato una richiesta popolare del mercato. Questo articolo introduce i tipi e i principi di funzionamento dei sensori termici, oltre a soluzioni pertinenti.
La differenza tra sensori termici a contatto e senza contatto
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L'applicazione dei sensori termici è relativamente ampia. Non sono utilizzati solo per misurare la temperatura corporea, ma trovano impiego anche nei settori industriale, medico, degli elettrodomestici, della sicurezza e dell'intrattenimento. Ad esempio, i sensori termici possono essere utilizzati per controllare la temperatura dei pezzi prodotti nei processi industriali; in ambito medico, possono essere impiegati per monitorare lo stato fisiologico dei pazienti; nell'ambito degli elettrodomestici, possono rilevare la temperatura e la presenza umana nei sistemi di climatizzazione; in termini di sicurezza, possono essere usati per rilevare la presenza e il movimento del corpo umano; nell'intrattenimento, possono essere utilizzati per percepire i movimenti dei giocatori. L'elenco delle applicazioni continua ancora.
I sensori termici possono essere suddivisi in due tipi: a contatto e senza contatto. Il contenuto seguente include un breve riassunto delle differenze tra di essi e un'introduzione più approfondita rivolta ai sensori termici senza contatto.
Come suggerisce il suo nome, i sensori termici a contatto richiedono il contatto con il soggetto da testare. Ciò significa che deve essere mantenuto un buon contatto termico tra i sensori e il soggetto o il fluido, indicando che i sensori devono essere in contatto o vicini a oggetti o fluidi con temperature simili tra loro. In altre parole, i sensori devono raggiungere un equilibrio termico con i soggetti da testare. Inoltre, la temperatura prevista del soggetto da testare deve essere inferiore a 1700°C (3092°F) o superiore a circa -40°C (-40°F). Questo perché a 1700°C la lega di platino del termocoppia comincia a perdere rapidamente la calibrazione e i materiali del filo e dell'isolamento probabilmente inizieranno ad ammorbidirsi. A una temperatura inferiore a -40°C, iniziano a verificarsi problemi, e sebbene molti sensori termici a contatto possano ancora funzionare al di sotto di quella temperatura, la loro precisione sarà influenzata. Inoltre, i sensori termici a contatto devono essere più piccoli del soggetto da testare e dovrebbero essere fissati al soggetto tramite saldatura, brasatura, morsetto o incollaggio, mantenendo il contatto fisico in modo affidabile.
I sensori termici a contatto più comuni sono i termometri a liquido in vetro, i termocoppie, i termoresistori (RTD) e i termistori. Questi di solito sono racchiusi in una guaina protettiva metallica o ceramica chiamata pozzetto termometrico (thermowell), che consente loro di penetrare le barriere del processo e di essere facilmente rimossi per calibrazione o manutenzione senza esporre il processo e/o il personale di manutenzione a condizioni avverse. La flessibilità applicativa dei sensori termici senza contatto è più ampia e comprende categorie più diversificate. Sebbene i sensori termici senza contatto abbiano stili e tipi diversi con vari nomi, vengono tutti classificati come termometri a radiazione se operano secondo la legge di Max Planck sulla radiazione termica. Questi sono chiamati pirometri a radiazione, pirometri a infrarossi, pirometri ottici, termometri a infrarossi, termocamere ecc. Possono essere dispositivi portatili alimentati a batteria, strumenti montati in modo fisso o dispositivi di monitoraggio dei processi online.
Poiché la temperatura dei sensori termici senza contatto non deve essere la stessa di quella del soggetto, la loro applicazione è molto più ampia rispetto ai sensori termici a contatto. I sensori termici senza contatto sono utilizzati in campi come il rilevamento di oggetti in movimento, dove possono verificarsi danni al soggetto o al sensore durante il contatto (condizioni estremamente calde, corrosive o abrasive), cambiamenti evidenti della temperatura del soggetto durante il contatto, in aree di misurazione ampie e osservabili, o quando l'oggetto è troppo lontano o difficile da raggiungere, come in atmosfere speciali o nello spazio (osservazioni di stelle e galassie ecc.).
I sensori termici senza contatto sono adatti al rilevamento del corpo umano
Il contenuto seguente prende come esempio la serie D6T di sensori termici MEMS (Micro Electro Mechanical System) senza contatto di OMRON per introdurre le sue funzioni e caratteristiche. La serie D6T di sensori termici MEMS è composta da una piccola scheda elettronica su cui è installata una lente in silicio, sensori termopila, un circuito analogico specializzato e un circuito logico utilizzato per convertire i valori di temperatura in digitale. È necessario solo un connettore per combinare questi moduli. La scheda elettronica della serie D6T misura 14 mm x 18 mm ed è disponibile anche una versione più compatta di 11,6 mm x 12 mm.
Il principio di funzionamento dei sensori termici MEMS della serie D6T si basa sulla focalizzazione del calore radiante (infrarosso lontano) generato dall'oggetto attraverso una lente in silicio sul sensore termopila dei moduli. Il sensore termopila può generare una forza elettromotrice in base all'energia radiante (infrarosso lontano) focalizzata su di esso per misurare il valore della forza elettromotrice e del sensore termico interno. Il dispositivo può calcolare il valore misurato (temperatura dell'oggetto) tramite calcoli di interpolazione, confrontando il valore misurato con la tabella di riferimento memorizzata al suo interno. Il valore misurato verrà fornito tramite un bus I2C e letto dal sistema host.
Utilizzare sensori termici MEMS per rilevare il movimento umano può eliminare i problemi affrontati dai sensori piroelettrici convenzionali. Questo perché i sensori piroelettrici si basano sul principio di rilevare cambiamenti nello stato dei raggi infrarossi e, quando il corpo umano è inattivo, i segnali di misurazione vengono persi. Tuttavia, i sensori termici possono comunque generare segnali di misurazione anche quando non c'è movimento.
I sensori termici senza contatto sono altamente adatti per il rilevamento della presenza del corpo umano. Sono piuttosto comuni nelle applicazioni di elettrodomestici. Ad esempio, vengono utilizzati nei sistemi di condizionamento dell'aria o nei ventilatori per rilevare la presenza di corpi umani e reagire di conseguenza. La domanda di mercato sta aumentando giorno dopo giorno. Vale la pena investire sforzi nello sviluppo di prodotti.
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