[Kılavuz]Sıcaklık algılayan bir ürün seçmek önemsiz bir mesele gibi görünebilir, ancak mevcut ürünlerin çeşitliliği nedeniyle bu görev göz korkutucu olabilir. Bu blog yazısında yazar dört tip sıcaklık sensörünü (direnç sıcaklık dedektörleri (RTD), termokupllar, termistörlerve dijital ve analog arayüzlere sahip tümleşik Devre (IC) sensörleri) ve her birini tartışın. Bu sensörün avantajları ve dezavantajları.
Sistem düzeyinde bir bakış açısından bakıldığında, bir sıcaklık sensörünün uygulamanız için uygun olup olmadığı gerekli sıcaklık aralığına, doğruluğa, doğrusallığa, çözüm maliyetine, işleve, güç tüketimine, çözüm boyutuna, kurulum yöntemine (yüzeye montaj Yöntemi ve açık delik yerleştirme) bağlı olacaktır. yöntemi ve harici devre kartı kurulum yöntemi) Devrenin tasarım kolaylığını da desteklemek gerekir.
RTD
Sıcaklığını değiştirirken RTD'nin direncini ölçerken yanıt neredeyse doğrusaldır ve bir Direnç gibi davranır. Şekil 1'de gösterildiği gibi, RTD'nin direnç eğrisi tamamen doğrusal değildir ancak birkaç derecelik bir sapmaya sahiptir (referans olarak kullanılan düz bir çizgi gösterilmektedir) ancak oldukça öngörülebilir ve tekrarlanabilirdir. Bu hafif doğrusal olmamayı telafi etmek için çoğu tasarımcı, ölçülen direnç değerini dijitalleştirir ve düzeltme faktörlerini uygulamak için mikro denetleyicide bir arama tablosu kullanır. Bu geniş sıcaklık aralığı (yaklaşık -250°C ila +750°C) tekrarlanabilirlik ve kararlılık, RTD'leri borulardaki ve büyük kaplardaki sıvıların veya gazların sıcaklığının ölçülmesi de dahil olmak üzere yüksek hassasiyetli uygulamalarda son derece yararlı kılar.
Şekil 1: RTD direnci ve sıcaklığı
RTD analog sinyalini işlemek için kullanılan devrenin karmaşıklığı temel olarak uygulamaya göre değişir. Kendi hatalarını üreten amplifikatörler ve analog-dijital dönüştürücüler (ADC'ler) gibi bileşenler vazgeçilmezdir. Yalnızca sensöre güç sağlamak için ölçüm gerekli olduğunda, bu yöntemle düşük güçte çalışmayı da başarabilirsiniz, ancak bu, devreyi çok daha karmaşık hale getirecektir. Ayrıca sensöre enerji vermek için gereken güç, iç sıcaklığını artıracak ve dolayısıyla ölçümün doğruluğunu etkileyecektir. Yalnızca birkaç miliamperlik akımla, bu kendi kendine ısınma etkisi sıcaklık hatalarına neden olacaktır (bu hatalar düzeltilebilir, ancak daha fazla dikkate alınması gerekir). Ayrıca şunu aklınızda bulundurun: Tel sarımlı platin RTD'lerin veya ince film RTD'lerin maliyeti, özellikle IC sensörlerinin maliyetiyle karşılaştırıldığında oldukça yüksek olabilir.
termistör
Termistör başka bir dirençli sensör türüdür. Yüksek kaliteli ve ucuz ürünlerden yüksek hassasiyetli ürünlere kadar çok çeşitli termistörler mevcuttur. Düşük maliyetli, düşük hassasiyetli termistörler, basit ölçüm veya eşik algılama işlevlerini gerçekleştirebilir; bu dirençler birden fazla bileşen gerektirir (karşılaştırıcılar, referanslar ve ayrık dirençler gibi), ancak bunlar çok ucuzdur ve doğrusal olmayan özelliklere sahiptir. Doğrusal direnç-sıcaklık özellikleri Şekil 2'de gösterilmektedir. Geniş bir sıcaklık aralığını ölçmeniz gerekiyorsa, çok fazla doğrusallaştırma çalışması yapmanız gerekecektir. Birkaç sıcaklık noktasının kalibre edilmesi gerekebilir. Daha yüksek doğruluk elde etmek için, bu doğrusal olmayan sorunun çözülmesine yardımcı olmak üzere daha pahalı ve daha sıkı toleranslı termistör dizileri kullanılabilir, ancak bu tür diziler genellikle tek bir termistörden daha az hassastır.
Şekil 2: Termistörün direnci ve sıcaklığı
Çoklu açma noktalı sistemler karmaşıklığı ve maliyeti arttırdığından, düşük maliyetli termistörler genellikle yalnızca ekmek kızartma makineleri, kahve makineleri, buzdolapları ve saç kurutma makineleri dahil olmak üzere minimum işlevsel gereksinimlere sahip uygulamalarda kullanılır. Ek olarak, termistörler kendi kendine ısınma problemlerinden muzdariptir (genellikle daha yüksek sıcaklıklarda, dirençleri daha düşük olduğunda). RTD'lerde olduğu gibi, termistörün düşük güç kaynağı voltajı altında kullanılamamasının temel nedeni henüz keşfedilmemiştir - ancak unutmayın, tam ölçekli çıkış ne kadar düşük olursa sistem doğrudan termistörün özelliklerine dayalı bir sisteme dönüştürülür. analogdan dijitale dönüştürücü (ADC) Hassasiyet ne kadar düşük olursa. Düşük güçlü uygulamaların da gürültüden kaynaklanan hatalara karşı çok duyarlı olabilmesi için devre karmaşıklığının arttırılması gerekir. Termistörler -100°C ila +500°C sıcaklık aralığında çalışabilir, ancak çoğu termistör +100°C ila +150°C maksimum çalışma sıcaklığı aralığı için derecelendirilmiştir.
ısıl çift
Bir termokupl, farklı malzemelerden yapılmış iki telin birleşiminden oluşur. Örneğin J tipi termokupllar demir ve konstantandan yapılmıştır. Şekil 3'te gösterildiği gibi kontak 1, ölçülecek sıcaklıkta konumlandırılırken, kontak 2 ve kontak 3, LM35 analog sıcaklık sensörü tarafından ölçülen farklı sıcaklıklarda konumlandırılmıştır. Çıkış voltajı kabaca bu iki sıcaklık değeri arasındaki farkla orantılıdır.
Şekil 3: Termokupl soğuk bağlantı kompanzasyonu için LM35'in kullanılması
Termokuplların hassasiyeti oldukça düşük olduğundan (santigrat derece başına onlarca mikrovolt düzeyinde), kullanılabilir bir çıkış voltajı üretmek için düşük ofsetli bir amplifikatöre ihtiyacınız olacaktır. Termokuplların çalışma aralığı içinde, sıcaklık-voltaj transfer fonksiyonundaki doğrusal olmayan durumlar, tıpkı RTD'ler ve termokupllar gibi sıklıkla dengeleme Devreleri veya arama tabloları gerektirir. Bununla birlikte, bu eksikliklere rağmen, termokupllar hala çok popülerdir ve özellikle fırınlar, su ısıtıcıları, fırınlar, test ekipmanları ve diğer endüstriyel işlemler için uygundur; çünkü termokuplların termal kütlesi çok düşüktür ve çalışma sıcaklığı aralığı (çalışma sıcaklığı uzatılabilir) 2300°C'nin üstüne kadar) çok geniştir.
IC sensörü
IC sensörleri -55°C ila +150°C sıcaklık aralığında çalışabilir; seçilen birkaç IC sensörü +200°C'ye kadar sıcaklıklarda çalışabilir. Çeşitli entegre IC sensörleri vardır, ancak en yaygın dört entegre IC sensörü şüphesiz analog çıkış cihazları, dijital arayüz cihazları, uzaktan sıcaklık sensörleri ve termostat işlevine sahip entegre IC sensörleridir (sıcaklık anahtarları). Analog çıkış cihazları (genellikle voltaj çıkışları, ancak bazılarının akım çıkışları da vardır), çıkış sinyalini dijitalleştirmek için bir ADC'ye ihtiyaç duyduklarında en çok pasif çözümlere benzerler. Dijital arayüz cihazları çoğunlukla iki kablolu bir arayüz (I2C veya PMBus) kullanır ve yerleşik bir ADC'ye sahiptir.
Yerel bir sıcaklık sensörü içermesine ek olarak, uzak sıcaklık sensörleri ayrıca uzaktan diyot sıcaklığını izlemek için bir veya daha fazla girişe sahiptir; bunlar çoğunlukla yüksek düzeyde entegre dijital IC'lere (örneğin, işlemcilere veya sahada programlanabilir kapı dizilerine [FPGA]) yerleştirilirler. ortada Sıcaklık eşiğine ulaşıldığında, termostatbasit bir alarm sağlayabilir
IC sensörlerini kullanmanın aşağıdakiler dahil pek çok avantajı vardır: düşük güç tüketimi; küçük paketlenmiş ürünler (bazı boyutlar 0.8mm×0.8mm kadar küçük) sağlanabilir; ve bazı uygulamalarda düşük cihaz maliyetlerine de ulaşılabilir. Ayrıca IC sensörleri üretim testi sırasında kalibre edildiği için ayrıca kalibrasyona gerek yoktur. Genellikle fitness takip uygulamalarında, giyilebilir ürünlerde, bilgi işlem sistemlerinde, veri kaydedicilerde ve otomotiv uygulamalarında kullanılırlar.
Deneyimli devre kartı tasarımcıları, nihai ürünün gereksinimlerine göre en uygun çözümü kullanacaklardır. Tablo 1, her bir sıcaklık sensörünün göreceli avantajlarını/dezavantajlarını göstermektedir.
Bağlantılar: FLC38XGC6V-06B PM50CSE120