[Panduan]Memilih produk penginderaan suhu mungkin tampak sepele, namun karena beragamnya produk yang tersedia, tugas ini dapat menjadi hal yang menakutkan. Dalam postingan blog kali ini, penulis akan memperkenalkan empat jenis sensor suhu (detektor suhu resistansi (RTD), termokopel, termistor, dan sensor Sirkuit terintegrasi (IC) dengan antarmuka digital dan analog) dan membahas masing-masing kelebihan dan kekurangan sensor ini.
Dari sudut pandang tingkat sistem, apakah sensor suhu cocok untuk aplikasi Anda akan bergantung pada kisaran suhu yang diperlukan, akurasi, linearitas, biaya solusi, fungsi, konsumsi daya, ukuran solusi, metode pemasangan (Metode pemasangan di permukaan dan penyisipan melalui lubang metode pemasangan papan sirkuit eksternal) Hal ini juga diperlukan untuk menunjang kemudahan perancangan rangkaian.
RTD
Saat mengukur resistansi RTD sambil mengubah suhunya, responsnya hampir linier, berperilaku seperti Resistor. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, kurva resistensi RTD tidak sepenuhnya linier, namun memiliki deviasi beberapa derajat (ditampilkan garis lurus yang digunakan sebagai referensi) – namun sangat dapat diprediksi dan diulang. Untuk mengimbangi sedikit non-linearitas ini, sebagian besar desainer mendigitalkan nilai resistansi yang diukur dan menggunakan tabel pencarian di mikrokontroler untuk menerapkan faktor koreksi. Kisaran suhu yang luas (kira-kira -250°C hingga +750°C) yang dapat diulang dan stabil menjadikan RTD sangat berguna dalam aplikasi presisi tinggi, termasuk mengukur suhu cairan atau gas dalam pipa dan bejana besar.
Gambar 1: Resistansi dan suhu RTD
Kompleksitas rangkaian yang digunakan untuk memproses sinyal analog RTD pada dasarnya bervariasi sesuai dengan aplikasinya. Komponen seperti amplifier dan konverter analog-ke-digital (ADC), yang menghasilkan kesalahannya sendiri, sangat diperlukan. Hanya ketika pengukuran diperlukan untuk memberi daya pada sensor-melalui metode ini Anda juga dapat mencapai operasi berdaya rendah, tetapi ini akan membuat rangkaian jauh lebih rumit. Selain itu, daya yang dibutuhkan untuk memberi energi pada sensor akan meningkatkan suhu internalnya, sehingga mempengaruhi keakuratan pengukuran. Dengan arus yang hanya beberapa miliampere, efek pemanasan sendiri ini akan menghasilkan kesalahan suhu (kesalahan ini dapat diperbaiki, tetapi memerlukan pertimbangan lebih lanjut). Juga, perlu diingat: biaya RTD wirewound platinum atau RTD film tipis bisa sangat tinggi, terutama jika dibandingkan dengan biaya sensor IC.
Termistor
Termistor adalah jenis lain dari sensor resistif. Ada berbagai macam termistor yang tersedia, mulai dari produk berkualitas tinggi dan murah hingga produk presisi tinggi. Biaya rendah, termistor presisi rendah dapat melakukan pengukuran sederhana atau fungsi deteksi ambang batas-resistor ini memerlukan beberapa komponen (seperti komparator, referensi, dan resistor diskrit), tetapi mereka sangat murah dan memiliki karakteristik non-linear. Sifat suhu-resistensi linier ditunjukkan pada Gambar 2. Jika Anda perlu mengukur berbagai suhu, Anda perlu melakukan banyak pekerjaan linierisasi. Mungkin perlu untuk mengkalibrasi beberapa titik suhu. Untuk mencapai akurasi yang lebih tinggi, array termistor toleransi yang lebih mahal dan lebih ketat dapat digunakan untuk membantu memecahkan masalah nonlinier ini, tetapi array seperti itu biasanya kurang sensitif daripada termistor tunggal.
Gambar 2: Resistansi dan suhu termistor
Karena sistem titik multi-perjalanan meningkatkan kompleksitas dan biaya, termistor berbiaya rendah umumnya hanya digunakan dalam aplikasi dengan persyaratan fungsional minimal, termasuk pemanggang roti, pembuat kopi, lemari es, dan pengering rambut. Selain itu, termistor mengalami masalah pemanasan sendiri (biasanya pada suhu yang lebih tinggi, ketika resistansinya lebih rendah). Seperti dalam kasus RTD, alasan mendasar mengapa termistor tidak dapat digunakan di bawah tegangan catu daya rendah belum ditemukan-tapi ingat, semakin rendah output skala penuh, sistem langsung diubah menjadi sistem berdasarkan karakteristik analog-to-digital converter (ADC) Semakin rendah sensitivitasnya. Aplikasi berdaya rendah juga perlu meningkatkan kompleksitas rangkaian agar sangat sensitif terhadap kesalahan yang disebabkan oleh noise. Termistor dapat beroperasi dalam kisaran suhu -100 ° C hingga +500 ° C, meskipun sebagian besar termistor memiliki rentang suhu operasi maksimum + 100 ° C hingga +150 ° C.
Termokopel
Termokopel terdiri dari sambungan dua kabel yang terbuat dari bahan yang berbeda. Misalnya, termokopel tipe-J terbuat dari besi dan konstantan. Seperti ditunjukkan pada Gambar 3, kontak 1 terletak pada suhu yang akan diukur, sedangkan kontak 2 dan kontak 3 ditempatkan pada suhu yang berbeda yang diukur oleh sensor suhu analog LM35. Tegangan keluaran kira-kira sebanding dengan perbedaan antara dua nilai suhu ini.
Gambar 3: Menggunakan LM35 untuk kompensasi sambungan dingin termokopel
Karena sensitivitas termokopel cukup rendah (di urutan puluhan mikrovolt per derajat Celcius), Anda memerlukan penguat offset rendah untuk menghasilkan tegangan keluaran yang dapat digunakan. Dalam rentang pengoperasian termokopel, non-linearitas dalam fungsi transfer suhu-ke-tegangan sering kali memerlukan Sirkuit kompensasi atau tabel pencarian, seperti RTD dan termokopel. Namun, terlepas dari kekurangan ini, termokopel masih sangat populer, terutama cocok untuk oven, pemanas air, kiln, peralatan uji dan proses industri lainnya-karena massa termal termokopel sangat rendah dan kisaran suhu pengoperasian (suhu pengoperasian dapat diperpanjang) hingga di atas 2300℃) sangat luas.
sensor IC
Sensor IC dapat bekerja pada kisaran suhu -55 °C hingga +150 °C. Beberapa sensor IC tertentu dapat bekerja pada suhu hingga +200 °C. Ada berbagai jenis sensor IC terintegrasi, tetapi empat sensor IC terintegrasi yang paling umum tidak diragukan lagi adalah perangkat output analog, perangkat antarmuka digital, sensor suhu jarak jauh, dan sensor IC terintegrasi (sakelar suhu) yang memiliki fungsi termostat. Perangkat keluaran analog (biasanya keluaran tegangan, tetapi beberapa juga memiliki keluaran arus) paling mirip solusi pasif ketika mereka membutuhkan ADC untuk mendigitalkan sinyal keluaran. Perangkat antarmuka digital paling sering menggunakan antarmuka dua kabel (I2C atau PMBus) dan memiliki ADC bawaan.
Selain termasuk sensor suhu lokal, sensor suhu jarak jauh juga memiliki satu atau lebih input untuk memantau suhu dioda jarak jauh-mereka paling sering ditempatkan di IC digital yang sangat terintegrasi (misalnya, prosesor atau array gerbang yang dapat diprogram lapangan[FPGA】)tengahKetika batas suhu tercapai, termostat dapat memberikan alarm sederhana
Ada banyak keuntungan menggunakan sensor IC, termasuk: konsumsi daya yang rendah; produk kemasan kecil (beberapa ukuran sekecil 0.8mm × 0.8mm) dapat disediakan; dan biaya perangkat yang rendah juga dapat dicapai dalam beberapa aplikasi. Selain itu, karena sensor IC dikalibrasi selama pengujian produksi, kalibrasi lebih lanjut tidak diperlukan. Mereka biasanya digunakan dalam aplikasi pelacakan kebugaran, produk yang dapat dikenakan, sistem komputasi, pencatat data, dan aplikasi otomotif.
Desainer papan sirkuit yang berpengalaman akan menggunakan solusi yang paling sesuai dengan persyaratan produk akhir. Tabel 1 menunjukkan keuntungan/kerugian relatif dari masing-masing sensor suhu.
Tautan: FLC38XGC6V-06B PM50CSE120