Poređenje prednosti i mana četiri glavna temperaturna senzora

Odabir proizvoda za senzor temperature može izgledati kao trivijalna stvar, ali zbog raznolikosti dostupnih proizvoda, ovaj zadatak može biti prilično zastrašujući. U ovom članku autor će predstaviti četiri tipa temperaturnih senzora (otporni temperaturni detektori (RTD), termoparovi, termistori i senzori integriranog kola (IC) s digitalnim i analognim sučeljima) i razmotriti prednosti i nedostatke svakog tipa senzora.
Iz perspektive nivoa sistema, da li je temperaturni senzor prikladan za vašu primjenu ovisit će o potrebnom temperaturnom rasponu, tačnosti, linearnosti, cijeni rješenja, funkcionalnosti, potrošnji energije, veličini rješenja, načinu instalacije (metoda površinske montaže, metoda umetanja kroz rupu , i eksternu metodu ugradnje sklopne ploče), kao i jednostavnost podrške dizajnu kola. RTD
Prilikom mjerenja otpora RTD-a dok se mijenja njegova temperatura, odgovor je gotovo linearan, djeluje kao otpornik. Kao što je prikazano na slici 1, kriva otpora RTD-a nije potpuno linearna, već ima nekoliko stupnjeva odstupanja (pokazuje pravu liniju koja se koristi kao referenca) - ali je vrlo predvidljiva i provjerljiva. Da bi kompenzirali ovu blagu nelinearnost, većina dizajnera digitalizira izmjerene vrijednosti otpora i koristi tabele pretraživanja unutar mikrokontrolera za primjenu faktora korekcije. Ponovljivost i stabilnost u širokom temperaturnom rasponu (približno -250 stepen C do+750 stepen C) čine RTD izuzetno korisnim u visoko preciznim aplikacijama, uključujući mjerenje temperature tekućina ili plinova u cjevovodima i velikim kontejnerima .
Složenost sklopova koji se koriste za obradu RTD analognih signala općenito varira ovisno o primjeni. Komponente kao što su pojačala i analogno-digitalni pretvarači (ADC), koji stvaraju vlastite greške, su nezamjenjive. Napajajte senzor samo kada je to potrebno za mjerenje - pomoću ove metode možete postići i rad male snage, ali to će sklop učiniti mnogo složenijim. Štaviše, snaga potrebna za napajanje senzora takođe povećava njegovu unutrašnju temperaturu, što utiče na tačnost merenja. Sa samo nekoliko ampera struje, ovaj efekat samozagrevanja će generisati temperaturne greške (ove greške se mogu ispraviti, ali zahtevaju dalje razmatranje). Također, imajte na umu da cijena žičanih platinastih RTD-ova ili tankoslojnih RTD-a može biti prilično visoka, posebno u poređenju sa cijenom I-senzora.
Termistor
Termistor je još jedna vrsta elektropozitivnog senzora. Postoji niz dostupnih termistora, u rasponu od isplativih proizvoda do proizvoda visoke preciznosti. Termistori niske cijene i niske preciznosti mogu obavljati jednostavno mjerenje ili funkcije detekcije nacionalnih vrijednosti - ove vrste otpornika zahtijevaju više komponenti (kao što su komparatori, referentni i diskretni otpornici), ali su vrlo jeftini i imaju nelinearne temperaturne karakteristike otpora, kao što je prikazano na slici. 2. Ako trebate mjeriti širok raspon temperatura, morat ćete obaviti mnogo linearizacije. Možda će biti potrebna kalibracija nekoliko temperaturnih tačaka. Da bi se postigla veća preciznost, skuplji i stroži niz termistora može se koristiti za rješavanje ovog nelinearnog problema, ali ovaj niz je obično manje osjetljiv od jednog termistora.

Zbog povećane složenosti i cene sistema sa više tačaka skoka, jeftini termistori se generalno koriste samo za aplikacije sa minimalnim funkcionalnim zahtevima, uključujući tostere, aparate za kafu, frižidere i fenove za kosu. Osim toga, termistori također pate od problema sa samozagrijavanjem (obično na višim temperaturama, kada je njihov otpor manji). Kao iu slučaju RTD-ova, osnovni uzrok nemogućnosti korištenja termistora na niskim naponima snage još nije identificiran - ali imajte na umu da što je manji izlaz pune skale, to je niža osjetljivost sistema koju direktno pretvara na osnovu karakteristike analogno-digitalnih pretvarača (ADC). Aplikacije male snage također moraju povećati složenost kola kako bi bile vrlo osjetljive na greške uzrokovane šumom. Termistori mogu raditi u temperaturnom opsegu od -100 stepeni C do +500C, iako većina termistora ima nominalni opseg maksimalne radne temperature od +100 stepeni C do+150 stepeni C termoparova
Termopar uključuje spoj dviju žica napravljenih od različitih materijala. Na primjer, a) tip termoelementa je napravljen od željeza i konstantana. Kao što je prikazano na slici 3, kontakt 1 se nalazi na temperaturi koja se meri, dok su kontakt 2 i kontakt 3 postavljeni na različite temperature merene pomoću LM35 analognih temperaturnih senzora. Izlazni napon je otprilike proporcionalan razlici između ove dvije temperaturne vrijednosti.
Budući da je osjetljivost termoparova prilično niska (reda nekoliko desetina mikrovolti po stepenu Celzijusa), trebat će vam pojačalo s niskim ofsetom za generiranje upotrebljivog izlaznog napona. Unutar radnog raspona termoparova, nelinearnost u funkciji prijenosa temperature na napon često zahtijeva kompenzacijske krugove ili tabele za traženje, baš kao RTD i termoelementi. Međutim, uprkos ovim nedostacima, termoparovi su i dalje veoma popularni, posebno pogodni za peći, bojlere, peći, opremu za ispitivanje i druge industrijske tretmane - jer je termički kvalitet termoparova veoma nizak, a opseg radne temperature (koji se može proširiti do iznad 2300 stepeni) je veoma širok:
IC senzor
IC senzori mogu raditi u temperaturnom opsegu od {{0}} stepeni C do +150 stepena C - odabrano|C senzori mogu raditi do +200 stepeni C. Postoje različite vrste integriranih IC senzora, ali četiri najčešća integrirana IC senzora su analogni izlazni uređaji, digitalni interfejs uređaji, daljinski senzori temperature i oni sa funkcijama kontrole temperature (temperaturni prekidači). Analogni izlazni uređaji (obično naponski izlaz, ali neki imaju i strujni izlaz) su najsličniji pasivnim rješenjima kada im je potreban ADC za digitalizaciju izlaznog signala. Digitalni interfejs uređaji najčešće koriste dvožične interfejse (12C ili PMBus) i imaju ugrađene ADC. Osim lokalnog temperaturnog senzora, daljinski temperaturni senzori također imaju jedan ili više ulaza za praćenje temperature daljinske diode - najčešće se postavljaju u visoko integrirane digitalne IC-ove (kao što su procesori ili polje programabilni gejt nizovi (FPGA)). Kada se dostigne temperaturni prag, termostat može dati jednostavan alarm. Postoje mnoge prednosti korištenja IC senzora, uključujući: nisku potrošnju energije; Može pružiti male proizvode za pakovanje (neke veličine od 0.8mmx0.8mm); Niski troškovi uređaja također se mogu postići u određenim aplikacijama.