[Guide]Le choix d'un produit de détection de température peut sembler trivial, mais en raison de la variété de produits disponibles, cette tâche peut être ardue. Dans cet article de blog, l'auteur présentera quatre types de capteurs de température (détecteurs de température à résistance (RTD), thermocouples, thermistances, et capteurs à circuit intégré (IC) avec interfaces numériques et analogiques) et discutons de chacun des avantages et des inconvénients de ce capteur.
Du point de vue du système, l'adéquation d'un capteur de température à votre application dépendra de la plage de température requise, de la précision, de la linéarité, du coût de la solution, de la fonction, de la consommation électrique, de la taille de la solution, de la méthode d'installation (méthode de montage en surface et insertion traversante). méthode et méthode d'installation du circuit imprimé externe) Il est également nécessaire de prendre en charge la facilité de conception du circuit.
RTD
Lors de la mesure de la résistance du RTD tout en modifiant sa température, la réponse est presque linéaire, se comportant comme une résistance. Comme le montre la figure 1, la courbe de résistance du RTD n'est pas complètement linéaire, mais présente un écart de quelques degrés (une ligne droite utilisée comme référence est affichée) – mais elle est hautement prévisible et reproductible. Pour compenser cette légère non-linéarité, la plupart des concepteurs numérisent la valeur de résistance mesurée et utilisent une table de consultation dans le microcontrôleur pour appliquer des facteurs de correction. Cette large plage de températures (environ -250 °C à +750 °C) de répétabilité et de stabilité rend les RTD extrêmement utiles dans les applications de haute précision, notamment la mesure de la température des liquides ou des gaz dans les tuyaux et les grands récipients.
Figure 1 : résistance RTD et température
La complexité du circuit utilisé pour traiter le signal analogique RTD varie essentiellement selon l'application. Des composants tels que les amplificateurs et les convertisseurs analogique-numérique (CAN), qui produisent leurs propres erreurs, sont indispensables. Ce n'est que lorsque la mesure est nécessaire pour alimenter le capteur, grâce à cette méthode, que vous pouvez également obtenir un fonctionnement à faible puissance, mais cela rendra le circuit beaucoup plus compliqué. De plus, la puissance nécessaire pour alimenter le capteur augmentera sa température interne, affectant ainsi la précision de la mesure. Avec seulement quelques milliampères de courant, cet effet d'auto-échauffement produira des erreurs de température (ces erreurs sont corrigibles, mais nécessitent un examen plus approfondi). N'oubliez pas non plus que le coût des RTD en platine bobinés ou des RTD à couche mince peut être assez élevé, surtout par rapport au coût des capteurs IC.
thermistance
La thermistance est un autre type de capteur résistif. Il existe une grande variété de thermistances disponibles, allant des produits de haute qualité et bon marché aux produits de haute précision. Les thermistances peu coûteuses et de faible précision peuvent exécuter des fonctions de mesure ou de détection de seuil simples. Ces résistances nécessitent plusieurs composants (tels que des comparateurs, des références et des résistances discrètes), mais elles sont très bon marché et ont des caractéristiques non linéaires. Les propriétés linéaires résistance-température sont illustrées à la figure 2. Si vous devez mesurer une large plage de températures, vous devrez effectuer de nombreux travaux de linéarisation. Il peut être nécessaire de calibrer plusieurs points de température. Pour obtenir une plus grande précision, des réseaux de thermistances plus coûteux et à tolérance plus étroite peuvent être utilisés pour aider à résoudre ce problème non linéaire, mais ces réseaux sont généralement moins sensibles qu'une seule thermistance.
Figure 2 : Résistance et température de la thermistance
Étant donné que les systèmes à points de déclenchement multiples augmentent la complexité et le coût, les thermistances à faible coût ne sont généralement utilisées que dans des applications avec des exigences fonctionnelles minimales, notamment les grille-pain, les cafetières, les réfrigérateurs et les sèche-cheveux. De plus, les thermistances souffrent de problèmes d'auto-échauffement (généralement à des températures plus élevées, lorsque leur résistance est plus faible). Comme dans le cas des RTD, la raison fondamentale pour laquelle la thermistance ne peut pas être utilisée sous une faible tension d'alimentation n'a pas encore été découverte, mais rappelez-vous que plus la sortie à pleine échelle est faible, plus le système est directement converti en un système basé sur les caractéristiques de le convertisseur analogique-numérique (CAN) Plus la sensibilité est faible. Les applications à faible puissance doivent également augmenter la complexité du circuit afin d'être très sensibles aux erreurs causées par le bruit. Les thermistances peuvent fonctionner dans une plage de température de -100°C à +500°C, bien que la plupart des thermistances soient conçues pour une plage de température de fonctionnement maximale de +100°C à +150°C.
thermocouple
Un thermocouple est constitué de la jonction de deux fils constitués de matériaux différents. Par exemple, les thermocouples de type J sont faits de fer et de constantan. Comme le montre la figure 3, le contact 1 est situé à la température à mesurer, tandis que le contact 2 et le contact 3 sont placés à des températures différentes mesurées par le capteur de température analogique LM35. La tension de sortie est à peu près proportionnelle à la différence entre ces deux valeurs de température.
Figure 3 : Utilisation du LM35 pour la compensation de soudure froide de thermocouple
La sensibilité des thermocouples étant assez faible (de l’ordre de quelques dizaines de microvolts par degré Celsius), vous aurez besoin d’un amplificateur à faible décalage pour produire une tension de sortie utilisable. Dans la plage de fonctionnement des thermocouples, les non-linéarités dans la fonction de transfert température-tension nécessitent souvent des circuits de compensation ou des tables de consultation, tout comme les RTD et les thermocouples. Cependant, malgré ces inconvénients, les thermocouples sont toujours très populaires, particulièrement adaptés aux fours, chauffe-eau, fours, équipements de test et autres processus industriels, car la masse thermique des thermocouples est très faible et la plage de température de fonctionnement (la température de fonctionnement peut être étendue). au-dessus de 2300℃) est très large.
capteur IC
Les capteurs IC peuvent fonctionner dans une plage de température de -55°C à +150°C. Plusieurs capteurs IC peuvent fonctionner à des températures allant jusqu'à +200°C. Il existe différents types de capteurs IC intégrés, mais les quatre capteurs IC intégrés les plus courants sont sans aucun doute les dispositifs de sortie analogiques, les dispositifs d'interface numérique, les capteurs de température à distance et les capteurs IC intégrés (interrupteurs de température) qui ont une fonction de thermostat. Les dispositifs de sortie analogiques (généralement des sorties de tension, mais certains ont également des sorties de courant) ressemblent le plus à des solutions passives lorsqu'ils ont besoin d'un CAN pour numériser le signal de sortie. Les dispositifs d'interface numérique utilisent le plus souvent une interface à deux fils (I2C ou PMBus) et ont un CAN intégré.
En plus d'inclure un capteur de température local, les capteurs de température à distance ont également une ou plusieurs entrées pour surveiller la température de la diode à distance.
L'utilisation de capteurs IC présente de nombreux avantages, notamment : une faible consommation d'énergie ; de petits produits emballés (certaines tailles aussi petites que 0.8 mm × 0.8 mm) peuvent être fournis ; et de faibles coûts d'appareil peuvent également être atteints dans certaines applications. De plus, étant donné que les capteurs IC sont calibrés pendant les tests de production, aucun étalonnage supplémentaire n'est nécessaire. Ils sont couramment utilisés dans les applications de suivi de la condition physique, les produits portables, les systèmes informatiques, les enregistreurs de données et les applications automobiles.
Les concepteurs de circuits imprimés expérimentés utiliseront la solution la plus appropriée en fonction des exigences du produit final. Le tableau 1 montre les avantages/inconvénients relatifs de chaque capteur de température.
Les liens : FLC38XGC6V-06B PM50CSE120