Comparație între avantajele și dezavantajele celor patru senzori de temperatură generali

Alegerea produselor de detectare a temperaturii poate părea o chestiune banală, dar datorită varietății de produse disponibile, această sarcină poate fi destul de descurajantă. În acest articol, autorul va introduce patru tipuri de senzori de temperatură (detectori de temperatură cu rezistență (RTD), termocupluri, termistori și senzori cu circuit integrat (IC) cu interfețe digitale și analogice) și va discuta avantajele și dezavantajele fiecărui tip de senzor.
Dintr-o perspectivă la nivel de sistem, dacă un senzor de temperatură este potrivit pentru aplicația dvs. va depinde de intervalul de temperatură necesar, acuratețea, liniaritatea, costul soluției, funcționalitatea, consumul de energie, dimensiunea soluției, metoda de instalare (metoda de montare pe suprafață, metoda de inserare prin orificiu) , și metoda de instalare externă a plăcii de circuit), precum și ușurința suportului pentru proiectarea circuitelor. RTD
Când se măsoară rezistența unui RTD în timp ce își schimbă temperatura, răspunsul este aproape liniar, acționând ca un rezistor. După cum se arată în Figura 1, curba de rezistență a RTD nu este complet liniară, dar are câteva grade de abatere (care arată o linie dreaptă folosită ca referință) - dar este foarte previzibilă și verificabilă. Pentru a compensa această ușoară neliniaritate, majoritatea designerilor digitalizează valorile de rezistență măsurate și folosesc tabele de căutare din microcontrolere pentru a aplica factori de corecție. Repetabilitate și stabilitatea într-un interval larg de temperatură (aproximativ -250 grade C până la +750 grade C) fac RTD extrem de util în aplicații de înaltă precizie, inclusiv măsurarea temperaturii lichidelor sau gazelor din conducte și containere mari .
Complexitatea circuitelor utilizate pentru procesarea semnalelor analogice RTD variază în general în funcție de aplicație. Componentele precum amplificatoarele și convertoarele analog-digital (ADC), care generează propriile erori, sunt indispensabile. Alimentați senzorul cu energie numai atunci când este necesar pentru măsurare - puteți obține și o funcționare cu putere redusă prin această metodă, dar acest lucru va face circuitul mult mai complex. Mai mult decât atât, puterea necesară pentru a porni senzorul crește, de asemenea, temperatura internă a acestuia, afectând astfel precizia măsurării. Cu doar câțiva amperi de curent, acest efect de autoîncălzire va genera erori de temperatură (aceste erori sunt corectabile, dar necesită o analiză suplimentară). De asemenea, vă rugăm să rețineți că costul RTD-urilor din platină înfăşurată cu sârmă sau RTD-urilor cu peliculă subțire poate fi destul de mare, mai ales în comparație cu costul senzorilor I.
Termistor
Termistorul este un alt tip de senzor electropozitiv. Există o varietate de termistori disponibili, de la produse rentabile până la produse de înaltă precizie. Termistorii cu cost redus și cu precizie redusă pot efectua funcții de măsurare simple sau de detectare a valorii naționale - aceste tipuri de rezistențe necesită componente multiple (cum ar fi comparatoare, rezistențe de referință și rezistențe discrete), dar sunt foarte ieftine și au proprietăți de temperatură a rezistenței neliniare, așa cum se arată în figură. 2. Dacă trebuie să măsurați o gamă largă de temperaturi, va trebui să efectuați multă muncă de liniarizare. Poate fi necesară calibrarea mai multor puncte de temperatură. Pentru a obține o precizie mai mare, o matrice de termistori mai scumpe și cu toleranță mai strânsă poate fi utilizată pentru a ajuta la rezolvarea acestei probleme neliniare, dar această matrice este de obicei mai puțin sensibilă decât un singur termistor.

Datorită complexității și costului crescut al sistemelor cu puncte multiple de salt, termistorii cu costuri reduse sunt, în general, utilizați numai pentru aplicații cu cerințe funcționale minime, inclusiv prăjitoarele de pâine, aparatele de cafea, frigiderele și uscătorul de păr. În plus, termistorii suferă și de probleme de autoîncălzire (de obicei la temperaturi mai ridicate, când rezistența lor este mai mică). Ca și în cazul RTD-urilor, cauza principală a neputinței de a utiliza termistori la tensiuni de putere scăzută nu a fost încă identificată - dar vă rugăm să rețineți că, cu cât este mai mică ieșirea la scară maximă, cu atât este mai mică sensibilitatea sistemului pe care o convertește direct pe baza caracteristicile convertoarelor analog-digitale (ADC). Aplicațiile de putere scăzută trebuie, de asemenea, să crească complexitatea circuitului pentru a fi foarte sensibile la erorile cauzate de zgomot. Termistorii pot funcționa în intervalul de temperatură de la -100 grade C la+500C, deși majoritatea termistorilor au un interval de temperatură maximă nominală de funcționare de la +100 grade C la {+150 grade C termocupluri
Un termocuplu include o joncțiune a două fire din materiale diferite. De exemplu, a) termocuplul de tip este realizat din fier și constantan. După cum se arată în Figura 3, contactul 1 este situat la temperatura de măsurat, în timp ce contactul 2 și contactul 3 sunt plasate la temperaturi diferite măsurate folosind senzori de temperatură analogi LM35. Tensiunea de ieșire este aproximativ proporțională cu diferența dintre aceste două valori de temperatură.
Deoarece sensibilitatea termocuplurilor este destul de scăzută (de ordinul a zeci de microvolți pe grad Celsius), veți avea nevoie de un amplificator cu offset scăzut pentru a genera tensiune de ieșire utilizabilă. În domeniul de lucru al termocuplurilor, neliniaritatea funcției de transfer temperatură-tensiune necesită adesea circuite de compensare sau tabele de căutare, la fel ca RTD-urile și termocuplurile. Cu toate acestea, în ciuda acestor dezavantaje, termocuplurile sunt încă foarte populare, potrivite în special pentru cuptoare, încălzitoare de apă, cuptoare, echipamente de testare și alte tratamente industriale - deoarece calitatea termică a termocuplurilor este foarte scăzută, iar intervalul de temperatură de lucru (care poate fi extins) peste 2300 de grade) este foarte larg:
Senzor IC
Senzorii IC pot funcționa într-un interval de temperatură de {{0}} grade C până la +150 grade C - selectat|Senzorii C pot funcționa până la +200 grade C. Există diferite tipuri de senzori IC integrati, dar cei mai obișnuiți patru senzori IC integrati sunt dispozitive de ieșire analogică, dispozitive de interfață digitală, senzori de temperatură la distanță și cei cu funcții de control de temperatură. (comutatoare de temperatură). Dispozitivele de ieșire analogică (de obicei ieșire de tensiune, dar unele au și ieșire de curent) sunt cel mai mult ca soluții pasive atunci când necesită ADC pentru a digitiza semnalul de ieșire. Dispozitivele de interfață digitală folosesc cel mai frecvent interfețe cu două fire (12C sau PMBus) și au ADC-uri încorporate. Pe lângă un senzor de temperatură local, senzorii de temperatură de la distanță au, de asemenea, una sau mai multe intrări pentru monitorizarea temperaturii diodei de la distanță - acestea sunt cel mai frecvent plasate în circuite integrate digitale foarte integrate (cum ar fi procesoare sau matrice de porți programabile în câmp (FPGA)). Când se atinge pragul de temperatură, termostatul poate oferi o alarmă simplă. Există multe beneficii ale utilizării senzorilor IC, inclusiv: consum redus de energie; Poate furniza produse de ambalare mici (unele dimensiuni de la 0.8mmx0.8mm); Costurile reduse ale dispozitivelor pot fi realizate și în anumite aplicații.