[Panduan]Memilih produk pengesan suhu mungkin kelihatan seperti perkara remeh, tetapi disebabkan kepelbagaian produk yang tersedia, tugas ini boleh menjadi sukar. Dalam catatan blog ini, penulis akan memperkenalkan empat jenis sensor suhu (pengesan suhu rintangan (RTD), termokopel, termistor, dan penderia Litar bersepadu (IC) dengan antara muka digital dan analog) dan bincangkan setiap Kelebihan dan kekurangan sensor ini.
Dari sudut pandangan peringkat sistem, sama ada penderia suhu sesuai untuk aplikasi anda bergantung pada julat suhu yang diperlukan, ketepatan, kelinearan, kos penyelesaian, fungsi, penggunaan kuasa, saiz penyelesaian, kaedah pemasangan (Kaedah pelekap permukaan dan sisipan lubang melalui kaedah dan kaedah pemasangan papan litar luaran) Ia juga perlu untuk menyokong kemudahan reka bentuk litar.
JPJ
Apabila mengukur rintangan RTD semasa menukar suhunya, tindak balas adalah hampir linear, berkelakuan seperti Perintang. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1, lengkung rintangan RTD tidak sepenuhnya linear, tetapi mempunyai sisihan beberapa darjah (garis lurus yang digunakan sebagai rujukan ditunjukkan) – tetapi ia sangat boleh diramal dan boleh diulang. Untuk mengimbangi sedikit ketidaklinearan ini, kebanyakan pereka bentuk mendigitalkan nilai rintangan yang diukur dan menggunakan jadual carian dalam mikropengawal untuk menggunakan faktor pembetulan. Julat suhu yang luas ini (kira-kira -250°C hingga +750°C) kebolehulangan dan kestabilan menjadikan RTD amat berguna dalam aplikasi berketepatan tinggi, termasuk mengukur suhu cecair atau gas dalam paip dan bekas besar.
Rajah 1: Rintangan dan suhu RTD
Kerumitan litar yang digunakan untuk memproses isyarat analog RTD pada asasnya berbeza mengikut aplikasi. Komponen seperti penguat dan penukar analog-ke-digital (ADC), yang menghasilkan ralatnya sendiri, adalah amat diperlukan. Hanya apabila pengukuran diperlukan untuk menggerakkan sensor melalui kaedah ini, anda juga boleh mencapai operasi kuasa rendah, tetapi ini akan menjadikan litar lebih rumit. Selain itu, kuasa yang diperlukan untuk memberi tenaga kepada sensor akan meningkatkan suhu dalamannya, sekali gus menjejaskan ketepatan pengukuran. Dengan hanya beberapa miliamp arus, kesan pemanasan diri ini akan menghasilkan ralat suhu (ralat ini boleh dibetulkan, tetapi memerlukan pertimbangan lanjut). Juga, perlu diingat: kos RTD platinum wayar atau RTD filem nipis boleh agak tinggi, terutamanya jika dibandingkan dengan kos penderia IC.
Termistor
Termistor adalah satu lagi jenis sensor rintangan. Terdapat pelbagai jenis termistor yang tersedia, daripada produk berkualiti tinggi dan murah kepada produk berketepatan tinggi. Termistor berketepatan rendah kos rendah boleh melakukan pengukuran mudah atau fungsi pengesanan ambang-perintang ini memerlukan berbilang komponen (seperti pembanding, rujukan dan perintang diskret), tetapi ia sangat murah dan mempunyai ciri bukan linear. Sifat suhu rintangan linear ditunjukkan dalam Rajah 2. Jika anda perlu mengukur julat suhu yang luas, anda perlu melakukan banyak kerja linearisasi. Ia mungkin perlu untuk menentukur beberapa titik suhu. Untuk mencapai ketepatan yang lebih tinggi, tatasusunan termistor toleransi yang lebih mahal dan lebih ketat boleh digunakan untuk membantu menyelesaikan masalah tak linear ini, tetapi tatasusunan sedemikian biasanya kurang sensitif daripada satu termistor.
Rajah 2: Rintangan dan suhu termistor
Oleh kerana sistem titik berbilang perjalanan meningkatkan kerumitan dan kos, termistor kos rendah biasanya hanya digunakan dalam aplikasi dengan keperluan fungsi yang minimum, termasuk pembakar roti, pembuat kopi, peti sejuk dan pengering rambut. Di samping itu, termistor mengalami masalah pemanasan sendiri (biasanya pada suhu yang lebih tinggi, apabila rintangannya lebih rendah). Seperti dalam kes RTD, sebab asas mengapa termistor tidak boleh digunakan di bawah voltan bekalan kuasa rendah masih belum ditemui-tetapi ingat, semakin rendah output skala penuh, sistem terus ditukar kepada sistem berdasarkan ciri-ciri penukar analog-ke-digital (ADC) Semakin rendah sensitiviti. Aplikasi kuasa rendah juga perlu meningkatkan kerumitan litar agar menjadi sangat sensitif kepada ralat yang disebabkan oleh hingar. Termistor boleh beroperasi dalam julat suhu -100°C hingga +500°C, walaupun kebanyakan termistor dinilai untuk julat suhu operasi maksimum +100°C hingga +150°C.
thermocouple
Termokopel terdiri daripada simpang dua wayar yang diperbuat daripada bahan yang berbeza. Sebagai contoh, termokopel jenis J diperbuat daripada besi dan pemalar. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3, sesentuh 1 terletak pada suhu yang hendak diukur, manakala sesentuh 2 dan sesentuh 3 diletakkan pada suhu berbeza yang diukur oleh penderia suhu analog LM35. Voltan keluaran adalah berkadar secara kasar dengan perbezaan antara dua nilai suhu ini.
Rajah 3: Menggunakan LM35 untuk pampasan simpang sejuk termokopel
Oleh kerana kepekaan termokopel agak rendah (mengikut urutan berpuluh-puluh mikrovolt setiap darjah Celsius), anda memerlukan penguat mengimbangi rendah untuk menghasilkan voltan keluaran yang boleh digunakan. Dalam julat pengendalian termokopel, bukan lineariti dalam fungsi pemindahan suhu-ke-voltan selalunya memerlukan Litar pampasan atau jadual carian, sama seperti RTD dan termokopel. Walau bagaimanapun, walaupun kekurangan ini, termokopel masih sangat popular, terutamanya sesuai untuk ketuhar, pemanas air, tanur, peralatan ujian dan proses perindustrian lain-kerana jisim terma termokopel adalah sangat rendah dan julat suhu operasi (suhu operasi boleh Panjangkan hingga melebihi 2300 ℃) adalah sangat luas.
penderia IC
Penderia IC boleh berfungsi dalam julat suhu -55°C hingga +150°C-beberapa penderia IC terpilih boleh berfungsi pada suhu sehingga +200°C. Terdapat pelbagai jenis penderia IC bersepadu, tetapi empat penderia IC bersepadu yang paling biasa ialah peranti keluaran analog, peranti antara muka digital, penderia suhu jauh dan penderia IC bersepadu (suis suhu) yang mempunyai fungsi termostat. Peranti keluaran analog (biasanya keluaran voltan, tetapi sesetengahnya juga mempunyai keluaran semasa) adalah seperti penyelesaian pasif apabila mereka memerlukan ADC untuk mendigitalkan isyarat keluaran. Peranti antara muka digital paling kerap menggunakan antara muka dua wayar (I2C atau PMBus) dan mempunyai ADC terbina dalam.
Selain menyertakan penderia suhu tempatan, penderia suhu jauh juga mempunyai satu atau lebih input untuk memantau suhu diod jauh-ia paling kerap diletakkan dalam IC digital bersepadu tinggi (contohnya, pemproses atau tatasusunan get boleh atur cara medan [FPGA】) tengahApabila ambang suhu mencapai termostat boleh memberikan penggera ringkas
Terdapat banyak kelebihan menggunakan penderia IC, termasuk: penggunaan kuasa yang rendah; produk berbungkus kecil (beberapa saiz sekecil 0.8mm×0.8mm) boleh disediakan; dan kos peranti yang rendah juga boleh dicapai dalam beberapa aplikasi. Di samping itu, kerana penderia IC ditentukur semasa ujian pengeluaran, tidak ada keperluan untuk penentukuran selanjutnya. Ia biasanya digunakan dalam aplikasi penjejakan kecergasan, produk boleh pakai, sistem pengkomputeran, pembalak data dan aplikasi automotif.
Pereka papan litar yang berpengalaman akan menggunakan penyelesaian yang paling sesuai mengikut keperluan produk akhir. Jadual 1 menunjukkan kelebihan/kelemahan relatif setiap sensor suhu.
Pautan: FLC38XGC6V-06B PM50CSE120