[Guía] Elegir un producto sensor de temperatura puede parecer una cuestión trivial, pero debido a la variedad de productos disponibles, esta tarea puede resultar desalentadora. En esta publicación de blog, el autor presentará cuatro tipos de sensores de temperatura (detectores de temperatura de resistencia (RTD), termopares, termistoresy sensores de circuito integrado (IC) con interfaces digitales y analógicas) y analice cada uno de las ventajas y desventajas de este sensor.
Desde un punto de vista a nivel de sistema, si un sensor de temperatura es adecuado para su aplicación dependerá del rango de temperatura requerido, precisión, linealidad, costo de la solución, función, consumo de energía, tamaño de la solución, método de instalación (método de montaje en superficie e inserción a través de orificios). método y método de instalación de la placa de circuito externo) También es necesario respaldar la facilidad de diseño del circuito.
RTD
Al medir la resistencia del RTD mientras se cambia su temperatura, la respuesta es casi lineal y se comporta como una resistencia. Como se muestra en la Figura 1, la curva de resistencia del RTD no es completamente lineal, sino que tiene una desviación de unos pocos grados (se muestra una línea recta utilizada como referencia), pero es altamente predecible y repetible. Para compensar esta ligera no linealidad, la mayoría de los diseñadores digitalizan el valor de resistencia medido y utilizan una tabla de consulta en el microcontrolador para aplicar factores de corrección. Este amplio rango de temperatura (aproximadamente -250 °C a +750 °C) de repetibilidad y estabilidad hace que los RTD sean extremadamente útiles en aplicaciones de alta precisión, incluida la medición de la temperatura de líquidos o gases en tuberías y recipientes grandes.
Figura 1: Resistencia y temperatura RTD
La complejidad del circuito utilizado para procesar la señal analógica RTD varía básicamente según la aplicación. Componentes como amplificadores y convertidores de analógico a digital (ADC), que producen sus propios errores, son indispensables. Solo cuando la medición sea necesaria para alimentar el sensor, a través de este método también puede lograr un funcionamiento de baja potencia, pero esto hará que el circuito sea mucho más complicado. Además, la potencia requerida para energizar el sensor aumentará su temperatura interna, lo que afectará la precisión de la medición. Con solo unos pocos miliamperios de corriente, este efecto de autocalentamiento producirá errores de temperatura (estos errores se pueden corregir, pero requieren una mayor consideración). Además, tenga en cuenta: el costo de los RTD de platino bobinados o los RTD de película delgada puede ser bastante alto, especialmente en comparación con el costo de los sensores IC.
termistor
El termistor es otro tipo de sensor resistivo. Hay una amplia variedad de termistores disponibles, que van desde productos económicos y de alta calidad hasta productos de alta precisión. Los termistores de bajo costo y baja precisión pueden realizar funciones simples de medición o detección de umbral; estas resistencias requieren múltiples componentes (como comparadores, referencias y resistencias discretas), pero son muy económicas y tienen características no lineales. Las propiedades de temperatura de resistencia lineal se muestran en la Figura 2. Si necesita medir una amplia gama de temperaturas, deberá realizar una gran cantidad de trabajo de linealización. Puede ser necesario calibrar varios puntos de temperatura. Para lograr una mayor precisión, se pueden utilizar matrices de termistor de tolerancia más estrecha y más caras para ayudar a resolver este problema no lineal, pero dichas matrices suelen ser menos sensibles que un solo termistor.
Figura 2: Resistencia y temperatura del termistor
Debido a que los sistemas de puntos de múltiples disparos aumentan la complejidad y el costo, los termistores de bajo costo generalmente solo se usan en aplicaciones con requisitos funcionales mínimos, como tostadoras, cafeteras, refrigeradores y secadores de cabello. Además, los termistores sufren problemas de autocalentamiento (generalmente a temperaturas más altas, cuando su resistencia es menor). Como en el caso de los RTD, aún no se ha descubierto la razón fundamental por la que el termistor no se puede usar con un voltaje de suministro de energía bajo, pero recuerde, cuanto menor sea la salida de escala completa, el sistema se convierte directamente en un sistema basado en las características de el convertidor de analógico a digital (ADC) Cuanto menor sea la sensibilidad. Las aplicaciones de baja potencia también necesitan aumentar la complejidad del circuito para ser muy sensibles a los errores causados por el ruido. Los termistores pueden funcionar en un rango de temperatura de -100 °C a +500 °C, aunque la mayoría de los termistores están clasificados para un rango de temperatura de funcionamiento máximo de +100 °C a +150 °C.
par termoeléctrico
Un termopar consiste en la unión de dos cables hechos de diferentes materiales. Por ejemplo, los termopares tipo J están hechos de hierro y constantan. Como se muestra en la Figura 3, el contacto 1 se ubica a la temperatura a medir, mientras que el contacto 2 y el contacto 3 se ubican a diferentes temperaturas medidas por el sensor de temperatura analógico LM35. El voltaje de salida es aproximadamente proporcional a la diferencia entre estos dos valores de temperatura.
Figura 3: Uso de LM35 para compensación de unión fría de termopar
Debido a que la sensibilidad de los termopares es bastante baja (del orden de decenas de microvoltios por grado Celsius), necesitará un amplificador de baja compensación para producir un voltaje de salida utilizable. Dentro del rango operativo de los termopares, las no linealidades en la función de transferencia de temperatura a voltaje a menudo requieren circuitos de compensación o tablas de consulta, al igual que los RTD y los termopares. Sin embargo, a pesar de estas deficiencias, los termopares siguen siendo muy populares, especialmente adecuados para hornos, calentadores de agua, hornos, equipos de prueba y otros procesos industriales, porque la masa térmica de los termopares es muy baja y el rango de temperatura de funcionamiento (la temperatura de funcionamiento puede extenderse hasta más de 2300 ℃) es muy amplio.
Sensor de IC
Los sensores IC pueden funcionar en un rango de temperatura de -55 ° C a + 150 ° C; varios sensores IC seleccionados pueden funcionar a temperaturas de hasta + 200 ° C. Hay varios tipos de sensores IC integrados, pero los cuatro sensores IC integrados más comunes son, sin duda, dispositivos de salida analógica, dispositivos de interfaz digital, sensores de temperatura remotos y los sensores IC integrados (interruptores de temperatura) que tienen una función de termostato. Los dispositivos de salida analógica (generalmente salidas de voltaje, pero algunos también tienen salidas de corriente) se parecen más a soluciones pasivas cuando necesitan un ADC para digitalizar la señal de salida. Los dispositivos de interfaz digital suelen utilizar una interfaz de dos cables (I2C o PMBus) y tienen un ADC integrado.
Además de incluir un sensor de temperatura local, los sensores de temperatura remotos también tienen una o más entradas para monitorear la temperatura del diodo remoto; por lo general, se colocan en circuitos integrados digitales altamente integrados (por ejemplo, procesadores o arreglos de puertas programables en campo [FPGA】).
El uso de sensores IC tiene muchas ventajas, entre las que se incluyen: bajo consumo de energía; Se pueden proporcionar productos envasados pequeños (algunos tamaños tan pequeños como 0.8 mm × 0.8 mm); y en algunas aplicaciones también se pueden lograr bajos costos de dispositivo. Además, dado que los sensores IC se calibran durante las pruebas de producción, no es necesario realizar una calibración adicional. Se utilizan comúnmente en aplicaciones de seguimiento del estado físico, productos portátiles, sistemas informáticos, registradores de datos y aplicaciones automotrices.
Los diseñadores de placas de circuito experimentados utilizarán la solución más adecuada de acuerdo con los requisitos del producto final. La Tabla 1 muestra las ventajas / desventajas relativas de cada sensor de temperatura.
Los enlaces: FLC38XGC6V-06B PM50CSE120