RTD, termocoppia, termistore, vantaggi del sensore IC e svantaggi del confronto
La scelta di un prodotto di rilevamento della temperatura può sembrare una questione banale, ma a causa della varietà
di prodotti disponibili, questo compito può essere scoraggiante. In questo articolo, descriverò quattro tipi di file
sensori di temperatura (rilevatori di temperatura resistivi (RTD), termocoppie, termistori e
sensori a circuito integrato (IC) con interfacce digitali e analogiche) e discutere ogni vantaggio
e svantaggi dei sensori.
Dal punto di vista del sistema, il sensore di temperatura è adatto alla tua applicazione
dipendono dall'intervallo di temperatura richiesto, dalla precisione, dalla linearità, dal costo della soluzione, dalla funzione, dalla potenza,
dimensione della soluzione, metodo di montaggio (metodo di montaggio superficiale e metodo e circuito plug-in a foro passante
metodo di installazione della scheda) è necessario anche per supportare il circuito facile da progettare.
RTD
Durante la misurazione della resistenza dell'RTD durante la modifica della sua temperatura, la risposta è quasi
lineare, comportandosi come un resistore. Come mostrato nella Figura 1, la curva di resistenza dell'RTD non lo è
completamente lineare, ma ha alcuni gradi di deviazione (viene mostrata una linea retta come riferimento) - ma
altamente prevedibile e ripetibile. Per compensare questa leggera non linearità, la maggior parte dei designer
digitalizzare il valore di resistenza misurato e utilizzare la tabella di ricerca nel microcontrollore per applicarlo
il fattore di correzione. La ripetibilità e stabilità in questo ampio intervallo di temperature (circa
Da -250 ° C a + 750 ° C) rende l'RTD estremamente utile in applicazioni ad alta precisione, comprese
la misura della temperatura del liquido o del gas in tubazioni e serbatoi di grandi dimensioni.
La complessità della circuiteria utilizzata per elaborare il segnale analogico RTD varia sostanzialmente a seconda dell'applicazione. Sono indispensabili amplificatori e convertitori analogico-digitali (ADC), che producono i propri errori. L'alimentazione viene fornita al sensore solo quando è necessaria la misurazione: in questo modo è anche possibile ottenere un funzionamento a bassa potenza, ma questo rende il circuito molto più complesso. Inoltre, la potenza richiesta per alimentare il sensore aumenterà anche la sua temperatura interna, influenzando così la precisione della misurazione. Questo effetto di autoriscaldamento produce un errore di temperatura (che è correggibile ma richiede ulteriore considerazione) dovuto solo a pochi milliampere di corrente. Inoltre, tieni presente che RTD in platino a filo avvolto o RTD a film sottile possono essere piuttosto costosi, soprattutto se confrontati con il costo dei sensori IC.
Termistore
I termistori sono un altro tipo di sensore resistivo. Ci sono una varietà di termistori disponibili, da
da prodotti economici a prodotti di alta precisione e così via. Termistori economici e di bassa precisione
eseguire semplici misurazioni o rilevamento della soglia: questi resistori richiedono più componenti
(come comparatori, resistori di riferimento e discreti), ma sono molto economici e hanno
non reattive Proprietà lineari di resistenza-temperatura, come mostrato nella Figura 2. Se necessario
misurare una vasta gamma di temperature, sarà necessario fare molto lavoro di linearizzazione. Può essere
necessario per calibrare più punti di temperatura. Per ottenere una maggiore precisione, più costoso e
array di termistori più tollerabili termicamente possono essere usati per aiutare a risolvere questo problema non lineare, ma
tali array sono generalmente meno sensibili di un singolo termistore.
Poiché i sistemi a più punti di sgancio aggiungono complessità e costi, in genere vengono utilizzati termistori a basso costo
solo per applicazioni con requisiti funzionali minimi, inclusi tostapane, macchine da caffè,
frigoriferi e asciugacapelli. Inoltre i termistori sono soggetti a problemi di autoriscaldamento
(di solito a temperature più elevate, dove la loro resistenza è inferiore). Come con l'RTD, la causa principale
dell'incapacità di utilizzare un termistore a basse tensioni di alimentazione non è stata ancora trovata, ma ricorda
che minore è l'uscita di fondo scala, più direttamente viene convertita in un sistema basato su
caratteristiche di un convertitore analogico-digitale Minore è la sensibilità. Piccola potenza
le applicazioni richiedono anche una maggiore complessità del circuito per essere sensibili agli errori indotti dal rumore.
I termistori possono essere utilizzati nell'intervallo di temperatura da -100 ° C a + 500 ° C, sebbene la maggior parte
i termistori sono classificati per un intervallo di temperatura di esercizio massimo compreso tra + 100 ° C e + 150 ° C.
Termocoppia
La termocoppia include i contatti di due fili di materiali diversi. Per esempio,
La termocoppia di tipo J è realizzata in ferro e costantana. Come mostrato in Fig. 3, il contatto 1 è posizionato
alla temperatura da misurare, mentre il contatto 2 e il contatto 3 sono posti in posizione diversa
temperature misurate con il sensore di temperatura analogico LM35. La tensione di uscita è
approssimativamente proporzionale alla differenza tra questi due valori di temperatura.
Figura 3: Utilizzo dell'LM35 per la compensazione della giunzione fredda della termocoppia
Perché le termocoppie hanno una sensibilità molto bassa (dell'ordine di decine di microvolt per grado
Celsius), avrete bisogno di amplificatori a basso offset per produrre tensioni di uscita utilizzabili. Nel funzionamento
gamma della termocoppia, la non linearità nella funzione di trasferimento temperatura-tensione
spesso richiede un circuito di compensazione o una tabella di ricerca, così come l'RTD e la termocoppia. Tuttavia,
nonostante questi inconvenienti, le termocoppie sono ancora molto apprezzate, soprattutto per forni, scaldabagni
, forni, apparecchiature di prova e altri processi industriali - a causa della bassa massa termica del
termocoppia e l'intervallo di temperatura di esercizio esteso a 2300 ℃ o più) è molto ampio.
Sensore IC
Il sensore IC funziona in un intervallo di temperatura da -55 ° C a + 150 ° C - diversi sensori IC lo sono
disponibile per il funzionamento fino a + 200 ° C. Esistono vari tipi di sensori IC integrati, ma
i quattro sensori IC integrati più comuni sono dispositivi di uscita analogica, dispositivi di interfaccia digitale,
sensori di temperatura remoti e sensori IC integrati (interruttori di temperatura) con termostato
funzioni. Dispositivi di uscita analogica (in genere uscite di tensione, ma alcuni hanno anche uscite di corrente)
sono le soluzioni più passive quando richiedono un ADC per digitalizzare il segnale di uscita. Digitale
Dispositivi di interfaccia Le interfacce a due fili (I2C o PMBus) sono più comunemente utilizzate e hanno un built-in
ADC.
Oltre a includere un sensore di temperatura locale, il sensore di temperatura remoto ha anche uno o
più ingressi per monitorare la temperatura del diodo remoto - sono spesso posizionati in un alto
IC digitale integrato come un processore o un array di porte programmabile sul campo】) in. Il termostato
fornisce un semplice allarme al raggiungimento della soglia di temperatura.
L'uso di sensori IC offre una serie di vantaggi, tra cui: basso consumo energetico; piccolo pacchetto
dimensioni (alcuni piccoli 0,8 mm x 0,8 mm); e basso costo del dispositivo per alcune applicazioni. Inoltre, da allora
il sensore IC viene calibrato durante il test di produzione, non sono necessarie ulteriori calibrazioni. Essi
sono comunemente usati in applicazioni per fitness track, prodotti indossabili, sistemi informatici, dati
logger e applicazioni automobilistiche.
I progettisti di schede esperti useranno la soluzione più appropriata in base al prodotto finale
requisiti. La tabella 1 mostra i punti di forza / debolezza relativi di ciascun sensore di temperatura.
Tabella 1: vantaggi e svantaggi relativi di RTD, termistore, termocoppia e sensore IC
Aggiungere: n. 16, strada 3, zona industriale di Sanjiang, Shengzhou, Zhejiang, Cina
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