[Guia]Escolher um produto sensor de temperatura pode parecer uma questão trivial, mas devido à variedade de produtos disponíveis, esta tarefa pode ser assustadora. Nesta postagem do blog, o autor apresentará quatro tipos de sensores de temperatura (detectores de temperatura por resistência (RTD), termopares, termistores, e sensores de circuito integrado (IC) com interfaces digitais e analógicas) e discuta cada uma das vantagens e desvantagens deste sensor.
Do ponto de vista do sistema, se um sensor de temperatura é adequado para sua aplicação dependerá da faixa de temperatura necessária, precisão, linearidade, custo da solução, função, consumo de energia, tamanho da solução, método de instalação (método de montagem em superfície e inserção através do furo método e método de instalação da placa de circuito externo) Também é necessário apoiar a facilidade de design do circuito.
RTD
Ao medir a resistência do RTD enquanto altera sua temperatura, a resposta é quase linear, comportando-se como um resistor. Conforme mostrado na Figura 1, a curva de resistência do RTD não é completamente linear, mas apresenta um desvio de alguns graus (é mostrada uma linha reta usada como referência) – mas é altamente previsível e repetível. Para compensar esta ligeira não linearidade, a maioria dos projetistas digitaliza o valor da resistência medida e usa uma tabela de consulta no microcontrolador para aplicar fatores de correção. Essa ampla faixa de temperatura (aproximadamente -250°C a +750°C) de repetibilidade e estabilidade torna os RTDs extremamente úteis em aplicações de alta precisão, incluindo medição de temperatura de líquidos ou gases em tubulações e vasos de grande porte.
Figura 1: Resistência e temperatura do RTD
A complexidade do circuito utilizado para processar o sinal analógico RTD varia basicamente de acordo com a aplicação. Componentes como amplificadores e conversores analógico-digitais (ADCs), que produzem seus próprios erros, são indispensáveis. Somente quando a medição for necessária para alimentar o sensor - por meio desse método, você também poderá obter uma operação de baixa potência, mas isso tornará o circuito muito mais complicado. Além disso, a energia necessária para energizar o sensor aumentará sua temperatura interna, afetando assim a precisão da medição. Com apenas alguns miliampères de corrente, esse efeito de autoaquecimento produzirá erros de temperatura (esses erros são corrigíveis, mas requerem consideração adicional). Além disso, lembre-se: o custo dos RTDs de platina bobinados ou RTDs de filme fino pode ser bastante alto, especialmente quando comparado ao custo dos sensores IC.
termistor
O termistor é outro tipo de sensor resistivo. Há uma grande variedade de termistores disponíveis, desde produtos de alta qualidade e baratos até produtos de alta precisão. Termistores de baixo custo e baixa precisão podem executar funções simples de medição ou detecção de limiar - esses resistores requerem vários componentes (como comparadores, referências e resistores discretos), mas são muito baratos e têm características não lineares. As propriedades lineares de resistência-temperatura são mostradas na Figura 2. Se você precisar medir uma ampla faixa de temperaturas, precisará realizar muito trabalho de linearização. Pode ser necessário calibrar vários pontos de temperatura. Para obter maior precisão, matrizes de termistores de tolerância mais caras e mais restritas podem ser usadas para ajudar a resolver esse problema não linear, mas essas matrizes geralmente são menos sensíveis do que um único termistor.
Figura 2: Resistência e temperatura do termistor
Como os sistemas multiponto aumentam a complexidade e o custo, os termistores de baixo custo geralmente são usados apenas em aplicações com requisitos funcionais mínimos, incluindo torradeiras, cafeteiras, geladeiras e secadores de cabelo. Além disso, os termistores sofrem com problemas de autoaquecimento (geralmente em temperaturas mais altas, quando sua resistência é menor). Como no caso dos RTDs, a razão fundamental pela qual o termistor não pode ser usado sob baixa tensão de alimentação ainda não foi descoberta - mas lembre-se, quanto menor a saída em escala real, o sistema é convertido diretamente em um sistema baseado nas características de o conversor analógico-digital (ADC) Quanto menor a sensibilidade. As aplicações de baixa potência também precisam aumentar a complexidade do circuito para serem muito sensíveis a erros causados por ruído. Os termistores podem operar em uma faixa de temperatura de -100°C a +500°C, embora a maioria dos termistores seja classificada para uma faixa de temperatura operacional máxima de +100°C a +150°C.
par termoelétrico
Um termopar consiste na junção de dois fios feitos de materiais diferentes. Por exemplo, termopares do tipo J são feitos de ferro e constantan. Conforme mostrado na Figura 3, o contato 1 está localizado na temperatura a ser medida, enquanto o contato 2 e o contato 3 são colocados em diferentes temperaturas medidas pelo sensor de temperatura analógico LM35. A tensão de saída é aproximadamente proporcional à diferença entre esses dois valores de temperatura.
Figura 3: Usando o LM35 para compensação de junção fria de termopar
Como a sensibilidade dos termopares é bastante baixa (da ordem de dezenas de microvolts por grau Celsius), você precisará de um amplificador de baixo deslocamento para produzir uma tensão de saída utilizável. Dentro da faixa operacional dos termopares, as não linearidades na função de transferência de temperatura para tensão geralmente exigem circuitos de compensação ou tabelas de consulta, assim como os RTDs e os termopares. No entanto, apesar dessas deficiências, os termopares ainda são muito populares, especialmente adequados para fornos, aquecedores de água, fornos, equipamentos de teste e outros processos industriais - porque a massa térmica dos termopares é muito baixa e a faixa de temperatura operacional (a temperatura operacional pode ser Estender acima de 2300 ℃) é muito amplo.
Sensor IC
Os sensores IC podem funcionar em uma faixa de temperatura de -55°C a +150°C. Vários sensores IC selecionados podem funcionar em temperaturas de até +200°C. Existem vários tipos de sensores IC integrados, mas os quatro sensores IC integrados mais comuns são, sem dúvida, dispositivos de saída analógica, dispositivos de interface digital, sensores remotos de temperatura e os sensores IC integrados (interruptores de temperatura) que possuem uma função de termostato. Os dispositivos de saída analógica (geralmente saídas de tensão, mas alguns também têm saídas de corrente) são mais parecidos com soluções passivas quando precisam de um ADC para digitalizar o sinal de saída. Os dispositivos de interface digital geralmente usam uma interface de dois fios (I2C ou PMBus) e possuem um ADC integrado.
Além de incluir um sensor de temperatura local, os sensores de temperatura remotos também têm uma ou mais entradas para monitorar a temperatura do diodo remoto - eles geralmente são colocados em CIs digitais altamente integrados (por exemplo, processadores ou matrizes de portas programáveis em campo [FPGA】) no meio Quando o limite de temperatura é atingido, o termostato pode fornecer um alarme simples
Há muitas vantagens em usar sensores IC, incluindo: baixo consumo de energia; pequenos produtos embalados (alguns tamanhos tão pequenos quanto 0.8 mm × 0.8 mm) podem ser fornecidos; e baixos custos de dispositivos também podem ser alcançados em algumas aplicações. Além disso, como os sensores IC são calibrados durante os testes de produção, não há necessidade de calibração adicional. Eles são comumente usados em aplicativos de rastreamento de condicionamento físico, produtos vestíveis, sistemas de computação, registradores de dados e aplicativos automotivos.
Projetistas experientes de placas de circuito usarão a solução mais adequada de acordo com os requisitos do produto final. A Tabela 1 mostra as vantagens/desvantagens relativas de cada sensor de temperatura.
Os links: FLC38XGC6V-06B PM50CSE120