Usporedba prednosti i nedostataka četiri glavna senzora temperature

Odabir proizvoda za mjerenje temperature može se činiti kao trivijalna stvar, ali zbog raznolikosti dostupnih proizvoda, ovaj zadatak može biti prilično zastrašujući. U ovom će članku autor predstaviti četiri tipa temperaturnih senzora (otporni temperaturni detektori (RTD), termoparovi, termistori i integrirani krug (IC) senzori s digitalnim i analognim sučeljima) i raspravljati o prednostima i nedostacima svake vrste senzora.
Iz perspektive razine sustava, hoće li senzor temperature biti prikladan za vašu primjenu ovisit će o potrebnom temperaturnom rasponu, točnosti, linearnosti, cijeni rješenja, funkcionalnosti, potrošnji energije, veličini rješenja, načinu instalacije (metoda površinske montaže, metoda umetanja kroz rupu , i način vanjske ugradnje na tiskanu ploču), kao i jednostavnost podrške dizajnu kruga. RTD
Kada se mjeri otpor RTD-a dok se mijenja njegova temperatura, odziv je gotovo linearan, ponašajući se poput otpornika. Kao što je prikazano na slici 1, krivulja otpora RTD-a nije potpuno linearna, ali ima nekoliko stupnjeva odstupanja (pokazuje ravnu liniju koja se koristi kao referenca) - ali je vrlo predvidljiva i provjerljiva. Kako bi kompenzirali ovu blagu nelinearnost, većina dizajnera digitalizira izmjerene vrijednosti otpora i koristi tablice pretraživanja unutar mikrokontrolera za primjenu faktora korekcije. Ponovljivost i stabilnost unutar širokog temperaturnog raspona (približno -250 stupnjeva C do +750 stupnjeva C) čine RTD izuzetno korisnim u visoko preciznim primjenama, uključujući mjerenje temperature tekućina ili plinova u cjevovodima i velikim spremnicima .
Složenost sklopova koji se koriste za obradu analognih RTD signala općenito varira ovisno o primjeni. Komponente kao što su pojačala i analogno-digitalni pretvarači (ADC), koji generiraju vlastite pogreške, nezamjenjive su. Napajajte senzor samo kada je to potrebno za mjerenje - ovom metodom također možete postići rad niske snage, ali to će krug učiniti mnogo složenijim. Štoviše, snaga potrebna za uključivanje senzora također povećava njegovu unutarnju temperaturu, čime utječe na točnost mjerenja. Sa samo nekoliko ampera struje, ovaj učinak samozagrijavanja će generirati temperaturne pogreške (ove pogreške se mogu ispraviti, ali zahtijevaju daljnje razmatranje). Također, imajte na umu da cijena žicom namotanih platinastih RTD-ova ili tankoslojnih RTD-ova može biti prilično visoka, posebno u usporedbi s cijenom I-senzora.
Termistor
Termistor je druga vrsta elektropozitivnog senzora. Postoji niz dostupnih termistora, od isplativih proizvoda do proizvoda visoke preciznosti. Jeftini i precizni termistori mogu obavljati jednostavna mjerenja ili funkcije detekcije nacionalne vrijednosti - ove vrste otpornika zahtijevaju više komponenti (kao što su komparatori, referentni i diskretni otpornici), ali su vrlo jeftini i imaju nelinearna temperaturna svojstva otpora, kao što je prikazano na slici 2. Ako trebate mjeriti široki raspon temperatura, morat ćete obaviti puno rada na linearizaciji. Može biti potrebna kalibracija nekoliko temperaturnih točaka. Kako bi se postigla veća točnost, može se upotrijebiti skuplji niz termistora s strožom tolerancijom za rješavanje ovog nelinearnog problema, ali taj je niz obično manje osjetljiv od jednog termistora.

Zbog povećane složenosti i cijene sustava s više skokova, jeftini termistori općenito se koriste samo za aplikacije s minimalnim funkcionalnim zahtjevima, uključujući tostere, aparate za kavu, hladnjake i sušila za kosu. Osim toga, termistori također pate od problema sa samozagrijavanjem (obično na višim temperaturama, kada je njihov otpor manji). Kao i u slučaju RTD-a, glavni uzrok nemogućnosti korištenja termistora pri niskim naponima snage još nije identificiran - ali zapamtite da što je niži izlaz pune skale, niža je osjetljivost sustava koju izravno pretvara na temelju karakteristike analogno-digitalnih pretvarača (ADC). Aplikacije male snage također moraju povećati složenost strujnog kruga kako bi bile vrlo osjetljive na pogreške uzrokovane šumom. Termistori mogu raditi u temperaturnom rasponu od -100 stupnjeva C do +500C, iako većina termistora ima nazivni maksimalni radni temperaturni raspon od +100 stupnjeva C do +150 stupnjeva C termoparovi
Termopar uključuje spoj dviju žica izrađenih od različitih materijala. Na primjer, termoelement tipa a) izrađen je od željeza i konstantana. Kao što je prikazano na slici 3, kontakt 1 nalazi se na temperaturi koja se mjeri, dok su kontakt 2 i kontakt 3 smješteni na različitim temperaturama mjerenim pomoću LM35 analognih senzora temperature. Izlazni napon je otprilike proporcionalan razlici između ove dvije temperaturne vrijednosti.
Budući da je osjetljivost termoparova prilično niska (reda desetina mikrovolta po Celzijevom stupnju), trebat će vam pojačalo s niskim pomakom za generiranje korisnog izlaznog napona. Unutar radnog raspona termoparova, nelinearnost u funkciji prijenosa temperature na napon često zahtijeva kompenzacijske krugove ili tablice za pretraživanje, baš kao RTD i termoparovi. Međutim, unatoč ovim nedostacima, termoelementi su još uvijek vrlo popularni, posebno prikladni za pećnice, grijače vode, peći, opremu za testiranje i druge industrijske tretmane - jer je toplinska kvaliteta termoparova vrlo niska, a raspon radne temperature (koji se može proširiti) do iznad 2300 stupnjeva ) vrlo je širok:
IC senzor
IC senzori mogu raditi unutar temperaturnog raspona od {{0}} stupnjeva C do +150 stupnjeva C - odabrano|C senzori mogu raditi do +200 stupnjeva C. Postoje različite vrste integriranih IC senzora, ali četiri najčešća integrirana IC senzora su analogni izlazni uređaji, uređaji digitalnog sučelja, daljinski temperaturni senzori i oni s funkcijama regulatora temperature (temperaturne sklopke). Analogni izlazni uređaji (obično naponski izlaz, ali neki imaju i strujni izlaz) najviše su poput pasivnih rješenja kada im je potreban ADC za digitalizaciju izlaznog signala. Uređaji s digitalnim sučeljem najčešće koriste dva žična sučelja (12C ili PMBus) i imaju ugrađene ADC-ove. Osim lokalnog temperaturnog senzora, udaljeni temperaturni senzori također imaju jedan ili više ulaza za nadzor temperature daljinske diode - najčešće se postavljaju u visoko integrirane digitalne IC-ove (kao što su procesori ili terenski programabilni nizovi vrata (FPGA)). Kada se dosegne temperaturni prag, termostat može dati jednostavan alarm. Brojne su prednosti korištenja IC senzora, uključujući: nisku potrošnju energije; Može ponuditi male proizvode za pakiranje (neke veličine od 0.8mmx0.8mm); Niski troškovi uređaja također se mogu postići u određenim primjenama.