Vantaggi e svantaggi di quattro tipi di sensori di temperatura

Vantaggi e svantaggi di quattro tipi di sensori di temperatura
La scelta di un prodotto sensore di temperatura può sembrare banale, ma a causa della varietà di prodotti disponibili, questo compito può essere molto preoccupante. Questo articolo introduce quattro tipi di sensori di temperatura (sensori di temperatura a resistenza (RTD), termocoppie, termistori e sensori a circuito integrato (IC) con interfacce digitali e analogiche) ed esplora i vantaggi e gli svantaggi di ciascun sensore.
Dal punto di vista del livello software di sistema, se un sensore di temperatura è adatto alla tua applicazione dipenderà dall'intervallo di temperatura richiesto, dalla precisione, dalla linearità, dal costo della soluzione, dalla funzione, dalla potenza, dalle specifiche della soluzione e dai metodi di installazione (metodo di montaggio superficiale, metodo di inserimento del foro interrato e metodo di installazione esterna della scheda a circuito stampato). È inoltre necessario che sia compatibile con il livello di soluzioni di progettazione semplici per i circuiti di potenza. (Trasmettitore di pressione)
RST-R
Quando la temperatura cambia durante la misurazione della resistenza di un RTD, la risposta sarà essenzialmente espressa come lineare ed espressa come resistenza. Come mostrato nella Figura 1, la curva di resistenza dell'RTD non è completamente lineare, ma presenta diverse deviazioni (mostrando la linea retta utilizzata) ma può essere altamente prevedibile e riproducibile. Per compensare questa leggera non linearità, molti progettisti digitalizzano i valori di resistenza misurati e applicano fattori di correzione utilizzando tabelle di consultazione all'interno dei microcontrollori. Questa riproducibilità e stabilità su un ampio intervallo di temperatura (circa -250 gradi C a +750 gradi C) rendono l'RTD molto utile nelle applicazioni di precisione del suono, inclusa la misurazione della temperatura di liquidi o gas in condotte e grandi contenitori.
La complessità dei circuiti utilizzati per elaborare segnali analogici RTD varia notevolmente a seconda dell'applicazione. È necessario disporre di componenti quali amplificatori e convertitori analogico-digitali (ADC) che generano errori univoci. Alimentare il sensore solo quando è necessaria la misurazione: questo metodo può anche ottenere un funzionamento a bassa potenza, ma renderà il circuito più complesso. Inoltre, la potenza di uscita richiesta per il controller da collegare può anche aumentare la sua temperatura interna, compromettendo così l'accuratezza delle misurazioni precise. Una corrente di soli pochi mAh, questo tipo di effetto autoriscaldante causerà una deviazione della temperatura (che può essere corretta, ma deve essere ulteriormente considerata). Inoltre, tieni presente che il costo degli RTD in platino avvolti a filo o degli RTD a film sottile può essere piuttosto elevato, soprattutto rispetto al costo dei sensori a circuito integrato.

Termistore
Il termistore è un altro tipo di controller di tipo resistore. Esistono molti tipi di termistori, da prodotti di alta qualità e a basso prezzo a prodotti di alta precisione. I termistori a basso costo e bassa precisione possono eseguire funzioni di misurazione o verifica della soglia semplici e precise: questo tipo di varistore richiede diversi componenti (come comparatori, varistori di riferimento e discreti), ma è molto conveniente e ha le caratteristiche di temperatura del resistore dei sistemi discreti, come mostrato nella Figura 2. Se è necessario misurare con precisione un'ampia gamma di temperature, sarà necessario eseguire molte soluzioni di linearizzazione. Sarà necessario correggere efficacemente più punti di temperatura. Per ottenere una maggiore precisione, è possibile utilizzare array di termistori più costosi e con tolleranza inferiore per aiutare a risolvere questo problema non lineare, ma questi array di solito non sono sensibili quanto i singoli termistori.
A causa della maggiore complessità e del costo dei sistemi multi-punto di intervento, i termistori a basso costo sono in genere utilizzati solo per applicazioni con requisiti funzionali minimi, tra cui tostapane, macchine per il caffè, frigoriferi e asciugacapelli. Inoltre, i termistori possono anche affrontare la sfida dell'autoriscaldamento (solitamente a temperature più elevate, quando i loro resistori sono più bassi). Come RTD, la causa principale dell'impossibilità di utilizzare i termistori a basse tensioni di potenza non è stata trovata, ma si prega di ricordare che più bassa è l'uscita proporzionale completa, minore è la sensibilità del sistema convertito direttamente dalle caratteristiche dei convertitori analogico-digitali (ADC). Questa applicazione a bassa potenza deve anche aumentare la complessità del circuito, rendendolo molto sensibile agli errori di rumore. I termistori possono funzionare nell'intervallo di temperatura da -100 gradi a +500 gradi, sebbene la maggior parte dei termistori abbia un intervallo di temperatura operativa massima nominale da +100 gradi a +1509C
Termistore al platino
Una termocoppia include una giunzione di due fili realizzati con materiali diversi. Ad esempio, una termocoppia di tipo è composta da ferro e costantana. Il contatto 1 è alla temperatura misurata, mentre il contatto 2 e il contatto 3 sono a temperature diverse misurate da un sensore di temperatura analogico LM35. La tensione di uscita è approssimativamente proporzionale alla differenza tra questi due valori di temperatura.
A causa della bassissima sensibilità dei termistori al platino (nell'intervallo pesante di decine di microvolt per Celsius), sarà necessario utilizzare un amplificatore a basso offset per generare una tensione di uscita operativa utilizzabile. All'interno dell'intervallo di lavoro delle termocoppie, la non linearità della funzione di trasferimento della tensione di temperatura richiede solitamente circuiti di compensazione o tabelle di ricerca, proprio come RTD e termocoppie. Non sapevano che nonostante questo difetto, i termistori al platino sono ancora molto di moda, specialmente in applicazioni come forni elettrici, scaldabagni ed elettricità, fornaci, apparecchiature di collaudo e altre soluzioni di produzione industriale, perché la qualità termica dei termistori al platino è molto bassa e l'intervallo di temperatura di esercizio (la temperatura di esercizio può essere estesa fino a circa 2300 gradi) è molto complesso (sensori di temperatura)

Controllore IC
Il sensore IC funziona nell'intervallo di temperatura da -55 gradi C a +150 gradi C. Alcuni|sensori C funzionano fino a +200 gradi . Esistono vari sensori IC integrati e i quattro più comuni sono sensori IC integrati con dispositivi di uscita analogici, dispositivi di interfaccia digitale, sensori di temperatura remoti e funzioni di regolatore di temperatura! Sensore C (interruttore di temperatura). I componenti di uscita proposti (solitamente uscita di tensione di funzionamento, ma alcuni hanno anche uscita di flusso di potenza di backup) sono molto probabilmente soluzioni passive quando si utilizza ADC per risolvere in modo intelligente il segnale di dati di uscita. I dispositivi di interfaccia digitale in genere utilizzano un'interfaccia a doppio filo (12C o PMBus) con ADC integrato
Oltre ai sensori di temperatura locali, anche i sensori di temperatura remoti hanno percorsi o ingressi multipli per monitorare la temperatura dei diodi remoti e sono disposti nel circuito integrato digitale più altamente integrato (come un processore o un field programmable gate array [FPGA]). Il regolatore di temperatura può emettere un semplice allarme quando viene raggiunta la soglia di temperatura.
Ci sono molti vantaggi nell'uso di sensori a circuito integrato, tra cui: basso consumo energetico; possono fornire prodotti di imballaggio di piccole dimensioni (alcune dimensioni piccole come {{0}}.8mm x 0.8mm); bassi costi dei dispositivi possono anche essere ottenuti in alcune applicazioni. Inoltre, poiché i sensori a circuito integrato sono 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.
I progettisti di circuiti stampati esperti utilizzeranno la soluzione più adatta in base ai requisiti del prodotto finale. La Tabella 1 mostra i vantaggi relativi/potenziale di manodopera di ciascun sensore di temperatura. (Sensore di pressione)
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