[가이드]온도감지 제품을 선택하는 것은 사소한 일처럼 보일 수 있지만, 제품의 종류가 다양하기 때문에 이 작업이 어려울 수 있습니다. 이번 블로그 게시물에서 저자는 XNUMX가지 유형의 온도 센서(저항 온도 감지기(RTD), 열전대, 서미스터, 디지털 및 아날로그 인터페이스를 갖춘 집적 회로(IC) 센서)를 살펴보고 이 센서의 장점과 단점을 각각 논의합니다.
시스템 수준의 관점에서 온도 센서가 귀하의 응용 분야에 적합한지 여부는 필요한 온도 범위, 정확도, 선형성, 솔루션 비용, 기능, 전력 소비, 솔루션 크기, 설치 방법(표면 실장 방법 및 스루홀 삽입)에 따라 달라집니다. 방법 및 외부회로기판 실장방법) 또한 회로설계의 용이성을 지원하는 것도 필요하다.
측온 저항체
온도를 변경하면서 RTD의 저항을 측정할 때 응답은 저항기처럼 거의 선형적으로 동작합니다. 그림 1에 표시된 것처럼 RTD의 저항 곡선은 완전히 선형이 아니며 몇 도의 편차가 있지만(참조로 사용된 직선이 표시됨) 예측 가능성과 반복 가능성이 높습니다. 이러한 약간의 비선형성을 보상하기 위해 대부분의 설계자는 측정된 저항 값을 디지털화하고 마이크로 컨트롤러의 조회 테이블을 사용하여 보정 계수를 적용합니다. 이러한 넓은 온도 범위(약 -250°C ~ +750°C)의 반복성과 안정성 덕분에 RTD는 파이프 및 대형 용기의 액체 또는 가스 온도 측정을 비롯한 고정밀 응용 분야에서 매우 유용합니다.
그림 1: RTD 저항 및 온도
RTD 아날로그 신호를 처리하는 데 사용되는 회로의 복잡성은 기본적으로 애플리케이션에 따라 다릅니다. 자체 오류를 생성하는 증폭기 및 ADC(아날로그-디지털 변환기)와 같은 구성 요소는 필수 불가결합니다. 이 방법을 통해 센서에 전원을 공급하기 위해 측정이 필요한 경우에만 저전력 작동을 달성할 수 있지만 이는 회로를 훨씬 더 복잡하게 만듭니다. 또한 센서에 전원을 공급하는 데 필요한 전력은 내부 온도를 증가시켜 측정 정확도에 영향을 미칩니다. 불과 몇 밀리암페어의 전류로 이 자체 발열 효과는 온도 오류를 생성합니다(이러한 오류는 수정할 수 있지만 추가 고려가 필요함). 또한, 권선형 백금 RTD 또는 박막 RTD의 비용은 특히 IC 센서의 비용과 비교할 때 상당히 높을 수 있습니다.
서미스터
서미스터는 또 다른 유형의 저항성 센서입니다. 고품질 및 저렴한 제품에서 고정밀 제품에 이르기까지 다양한 서미스터를 사용할 수 있습니다. 저비용, 저정밀도 서미스터는 간단한 측정 또는 임계값 감지 기능을 수행할 수 있습니다. 이러한 저항에는 여러 구성 요소(예: 비교기, 기준 및 개별 저항기)가 필요하지만 매우 저렴하고 비선형 특성을 갖습니다. 선형 저항-온도 특성은 그림 2에 나와 있습니다. 광범위한 온도를 측정해야 하는 경우 많은 선형화 작업을 수행해야 합니다. 여러 온도 지점을 보정해야 할 수도 있습니다. 더 높은 정확도를 달성하기 위해 더 비싸고 허용 오차가 더 엄격한 서미스터 어레이를 사용하여 이 비선형 문제를 해결할 수 있지만 이러한 어레이는 일반적으로 단일 서미스터보다 덜 민감합니다.
그림 2: 서미스터의 저항 및 온도
다중 트립 포인트 시스템은 복잡성과 비용을 증가시키기 때문에 저비용 서미스터는 일반적으로 토스터, 커피 메이커, 냉장고 및 헤어드라이어를 포함하여 최소한의 기능 요구 사항이 있는 애플리케이션에서만 사용됩니다. 또한 서미스터는 자체 발열 문제가 있습니다(일반적으로 저항이 낮을 때 더 높은 온도에서). 측온 저항체의 경우와 같이 낮은 전원 전압에서 써미스터를 사용할 수 없는 근본적인 이유는 아직 밝혀지지 않았으나, 풀스케일 출력이 낮을수록 계통의 특성에 따라 직접 계통으로 전환된다는 점을 기억하시기 바랍니다. ADC(아날로그-디지털 변환기) 감도가 낮아집니다. 저전력 애플리케이션은 또한 노이즈로 인한 오류에 매우 민감하기 위해 회로 복잡성을 증가시켜야 합니다. 서미스터는 -100°C ~ +500°C의 온도 범위에서 작동할 수 있지만 대부분의 서미스터는 최대 작동 온도 범위가 +100°C ~ +150°C입니다.
열전대
열전대는 서로 다른 재료로 만들어진 두 개의 전선의 접합으로 구성됩니다. 예를 들어 J형 열전대는 철과 콘스탄탄으로 만들어집니다. 그림 3에서 볼 수 있듯이 접점 1은 측정할 온도에 위치하고 접점 2와 접점 3은 LM35 아날로그 온도 센서로 측정한 서로 다른 온도에 위치합니다. 출력 전압은 이 두 온도 값의 차이에 대략 비례합니다.
그림 3: 열전대 냉접점 보상을 위해 LM35 사용
열전대의 감도는 매우 낮기 때문에(섭씨 2300도당 수십 마이크로볼트 정도) 사용 가능한 출력 전압을 생성하려면 오프셋이 낮은 증폭기가 필요합니다. 열전대의 작동 범위 내에서 온도-전압 전달 함수의 비선형성에는 RTD 및 열전대와 마찬가지로 보상 회로나 조회 테이블이 필요한 경우가 많습니다. 그러나 이러한 단점에도 불구하고 열전대는 여전히 널리 사용되고 있으며 특히 오븐, 온수기, 가마, 테스트 장비 및 기타 산업 공정에 적합합니다. 왜냐하면 열전대의 열 질량이 매우 낮고 작동 온도 범위(작동 온도가 확장될 수 있기 때문)입니다. XNUMX℃ 이상)은 매우 넓습니다.
IC 센서
IC 센서는 -55°C ~ +150°C의 온도 범위에서 작동할 수 있으며 일부 IC 센서는 최대 +200°C의 온도에서 작동할 수 있습니다. 집적 IC 센서에는 다양한 유형이 있지만 가장 일반적인 2가지 집적 IC 센서는 의심할 여지 없이 아날로그 출력 장치, 디지털 인터페이스 장치, 원격 온도 센서 및 온도 조절 장치 기능이 있는 집적 IC 센서(온도 스위치)입니다. 아날로그 출력 장치(일반적으로 전압 출력이지만 일부는 전류 출력도 있음)는 출력 신호를 디지털화하기 위해 ADC가 필요할 때 수동 솔루션과 가장 유사합니다. 디지털 인터페이스 장치는 대부분 XNUMX선 인터페이스(IXNUMXC 또는 PMBus)를 사용하며 ADC가 내장되어 있습니다.
로컬 온도 센서를 포함하는 것 외에도 원격 온도 센서에는 원격 다이오드 온도를 모니터링하기 위한 하나 이상의 입력이 있습니다. 이 센서는 온도 임계값이 온도 임계값에 도달했을 때 중간에 간단한 경보를 제공할 수 있는 고집적 디지털 IC(예: 프로세서 또는 FPGA)에 가장 자주 배치됩니다.
IC 센서를 사용하면 다음과 같은 많은 이점이 있습니다. 낮은 전력 소비; 소형 포장 제품(일부 크기는 0.8mm×0.8mm)을 제공할 수 있습니다. 일부 애플리케이션에서는 낮은 장치 비용도 달성할 수 있습니다. 또한 IC 센서는 생산 테스트 중에 보정되기 때문에 추가 보정이 필요하지 않습니다. 피트니스 추적 애플리케이션, 웨어러블 제품, 컴퓨팅 시스템, 데이터 로거 및 자동차 애플리케이션에 일반적으로 사용됩니다.
숙련된 회로 기판 설계자는 최종 제품의 요구 사항에 따라 가장 적합한 솔루션을 사용합니다. 표 1은 각 온도 센서의 상대적인 장단점을 보여줍니다.
링크: FLC38XGC6V-06B PM50CSE120