[Guida]La scelta di un prodotto per il rilevamento della temperatura può sembrare una questione banale, ma a causa della varietà di prodotti disponibili, questo compito può essere scoraggiante. In questo post del blog, l'autore introdurrà quattro tipi di sensori di temperatura (rilevatori di temperatura a resistenza (RTD), termocoppie, termistorie sensori a circuito integrato (IC) con interfacce digitali e analogiche) e discutere ciascuno dei vantaggi e degli svantaggi di questo sensore.
Da un punto di vista a livello di sistema, l'idoneità di un sensore di temperatura per la vostra applicazione dipenderà dall'intervallo di temperatura richiesto, dall'accuratezza, dalla linearità, dal costo della soluzione, dalla funzione, dal consumo energetico, dalle dimensioni della soluzione, dal metodo di installazione (metodo di montaggio superficiale e inserimento a foro passante) metodo e metodo di installazione del circuito esterno) È inoltre necessario supportare la facilità di progettazione del circuito.
RST
Quando si misura la resistenza dell'RTD al variare della sua temperatura, la risposta è quasi lineare, comportandosi come un resistore. Come mostrato nella Figura 1, la curva di resistenza dell'RTD non è completamente lineare, ma presenta una deviazione di alcuni gradi (viene mostrata una linea retta utilizzata come riferimento), ma è altamente prevedibile e ripetibile. Per compensare questa leggera non linearità, la maggior parte dei progettisti digitalizza il valore di resistenza misurato e utilizza una tabella di ricerca nel microcontrollore per applicare i fattori di correzione. Questo ampio intervallo di temperature (da circa -250°C a +750°C) di ripetibilità e stabilità rende gli RTD estremamente utili in applicazioni ad alta precisione, inclusa la misurazione della temperatura di liquidi o gas in tubi e recipienti di grandi dimensioni.
Figura 1: resistenza e temperatura RTD
La complessità del circuito utilizzato per elaborare il segnale analogico RTD varia sostanzialmente a seconda dell'applicazione. Sono indispensabili componenti come amplificatori e convertitori analogico-digitale (ADC), che producono i propri errori. Solo quando la misurazione è necessaria per alimentare il sensore, tramite questo metodo è possibile ottenere anche un funzionamento a bassa potenza, ma questo renderà il circuito molto più complicato. Inoltre, la potenza richiesta per eccitare il sensore aumenterà la sua temperatura interna, influenzando così l'accuratezza della misurazione. Con solo pochi milliampere di corrente, questo effetto di autoriscaldamento produrrà errori di temperatura (questi errori sono correggibili, ma richiedono ulteriori considerazioni). Inoltre, tieni presente: il costo degli RTD in platino a filo avvolto o degli RTD a film sottile può essere piuttosto elevato, soprattutto se confrontato con il costo dei sensori IC.
Termistore
Il termistore è un altro tipo di sensore resistivo. Esiste un'ampia varietà di termistori disponibili, che vanno da prodotti di alta qualità ed economici a prodotti di alta precisione. I termistori a basso costo e a bassa precisione possono eseguire semplici funzioni di misurazione o rilevamento della soglia: questi resistori richiedono più componenti (come comparatori, riferimenti e resistori discreti), ma sono molto economici e hanno caratteristiche non lineari. Le proprietà lineari resistenza-temperatura sono mostrate nella Figura 2. Se è necessario misurare un'ampia gamma di temperature, sarà necessario eseguire molto lavoro di linearizzazione. Potrebbe essere necessario calibrare più punti di temperatura. Per ottenere una maggiore precisione, è possibile utilizzare array di termistori più costosi e con tolleranza più stretta per aiutare a risolvere questo problema non lineare, ma tali array sono generalmente meno sensibili di un singolo termistore.
Figura 2: Resistenza e temperatura del termistore
Poiché i sistemi multi-trip point aumentano la complessità e i costi, i termistori a basso costo vengono generalmente utilizzati solo in applicazioni con requisiti funzionali minimi, inclusi tostapane, caffettiere, frigoriferi e asciugacapelli. Inoltre, i termistori soffrono di problemi di autoriscaldamento (solitamente a temperature più elevate, quando la loro resistenza è inferiore). Come nel caso degli RTD, il motivo fondamentale per cui il termistore non può essere utilizzato con una bassa tensione di alimentazione non è stato ancora scoperto, ma ricordiamo che più bassa è l'uscita di fondo scala, il sistema si converte direttamente in un sistema basato sulle caratteristiche di il convertitore analogico-digitale (ADC) Minore è la sensibilità. Le applicazioni a bassa potenza devono anche aumentare la complessità del circuito per essere molto sensibili agli errori causati dal rumore. I termistori possono funzionare in un intervallo di temperatura compreso tra -100°C e +500°C, sebbene la maggior parte dei termistori siano classificati per un intervallo di temperatura di esercizio massimo compreso tra +100°C e +150°C.
Termocoppia
Una termocoppia è costituita dalla giunzione di due fili realizzati con materiali diversi. Ad esempio, le termocoppie di tipo J sono realizzate in ferro e costantana. Come mostrato in Figura 3, il contatto 1 si trova alla temperatura da misurare, mentre il contatto 2 e il contatto 3 sono posti a temperature diverse misurate dal sensore di temperatura analogico LM35. La tensione di uscita è approssimativamente proporzionale alla differenza tra questi due valori di temperatura.
Figura 3: Utilizzo di LM35 per la compensazione del giunto freddo della termocoppia
Poiché la sensibilità delle termocoppie è piuttosto bassa (dell'ordine di decine di microvolt per grado Celsius), sarà necessario un amplificatore a basso offset per produrre una tensione di uscita utilizzabile. All'interno del campo operativo delle termocoppie, le non linearità nella funzione di trasferimento da temperatura a tensione spesso richiedono circuiti di compensazione o tabelle di ricerca, proprio come gli RTD e le termocoppie. Tuttavia, nonostante queste carenze, le termocoppie sono ancora molto popolari, particolarmente adatte per forni, scaldabagni, forni, apparecchiature di prova e altri processi industriali, perché la massa termica delle termocoppie è molto bassa e l'intervallo di temperatura operativa (la temperatura operativa può essere estesa a oltre 2300 ℃) è molto ampio.
Sensore CI
I sensori IC possono funzionare in un intervallo di temperatura da -55°C a +150°C. Diversi sensori IC possono funzionare a temperature fino a +200°C. Esistono vari tipi di sensori IC integrati, ma i quattro sensori IC integrati più comuni sono senza dubbio dispositivi di uscita analogici, dispositivi di interfaccia digitale, sensori di temperatura remoti e quei sensori IC integrati (interruttori di temperatura) che hanno una funzione di termostato. I dispositivi di uscita analogica (di solito uscite in tensione, ma alcuni hanno anche uscite in corrente) sono più simili a soluzioni passive quando hanno bisogno di un ADC per digitalizzare il segnale di uscita. I dispositivi di interfaccia digitale utilizzano più spesso un'interfaccia a due fili (I2C o PMBus) e dispongono di un ADC integrato.
Oltre a includere un sensore di temperatura locale, i sensori di temperatura remoti hanno anche uno o più ingressi per monitorare la temperatura del diodo remoto: sono spesso collocati in circuiti integrati digitali altamente integrati (ad esempio, processori o array di porte programmabili sul campo [FPGA]) al centro Quando viene raggiunta la soglia di temperatura, il termostato può fornire un semplice allarme
Ci sono molti vantaggi nell'usare i sensori IC, tra cui: basso consumo energetico; possono essere forniti piccoli prodotti confezionati (alcune dimensioni fino a 0.8 mm × 0.8 mm); e in alcune applicazioni è anche possibile ottenere bassi costi del dispositivo. Inoltre, poiché i sensori IC vengono calibrati durante i test di produzione, non è necessaria un'ulteriore calibrazione. Sono comunemente utilizzati in applicazioni di monitoraggio del fitness, prodotti indossabili, sistemi informatici, registratori di dati e applicazioni automobilistiche.
Progettisti esperti di circuiti stampati utilizzeranno la soluzione più adatta in base ai requisiti del prodotto finale. La tabella 1 mostra i relativi vantaggi/svantaggi di ciascun sensore di temperatura.
I collegamenti: FLC38XGC6V-06B PM50CSE120