Преимущества и недостатки четырех типов датчиков температуры
Преимущества и недостатки четырех типов датчиков температуры
Выбор датчика температуры может показаться тривиальной задачей, но из-за разнообразия доступных продуктов эта задача может оказаться очень сложной. В этой статье представлены четыре типа датчиков температуры (резистивные датчики температуры (RTD), термопары, термисторы и датчики на интегральных схемах (IC) с цифровыми и аналоговыми интерфейсами), а также рассматриваются преимущества и недостатки каждого датчика.
С точки зрения уровня системного программного обеспечения, подходит ли датчик температуры для вашего приложения, будет зависеть от требуемого диапазона температур, точности, линейности, стоимости решения, функции, мощности, технических характеристик решения и методов установки (метод поверхностного монтажа, вставка в заглубленное отверстие). метод и метод внешней установки печатной платы). Также необходимо обеспечить совместимость с уровнем простых конструктивных решений силовых цепей. (Передатчик давления)
РТД
Когда температура изменяется во время измерения сопротивления термометра сопротивления, отклик будет по существу выражен как линейный и выражается как сопротивление. Как показано на рисунке 1, кривая сопротивления термометра сопротивления не является полностью линейной, а имеет несколько отклонений (показывающих используемую прямую линию), но может быть весьма предсказуемой и воспроизводимой. Чтобы компенсировать эту небольшую нелинейность, многие проектировщики оцифровывают измеренные значения сопротивления и применяют поправочные коэффициенты, используя справочные таблицы в микроконтроллерах. Эта воспроизводимость и стабильность в широком диапазоне температур (приблизительно от -250°C до +750°C) делают RTD очень полезными в приложениях с высокой точностью, включая измерение температуры жидкостей или газов в трубопроводах и больших контейнерах.
Сложность схем, используемых для обработки аналоговых сигналов RTD, сильно различается в зависимости от приложения. Необходимо иметь такие компоненты, как усилители и аналого-цифровые преобразователи (АЦП), которые генерируют уникальные ошибки. Подавайте питание на датчик только тогда, когда необходимо измерение - этот метод также может обеспечить работу с низким энергопотреблением, но это усложнит схему. Более того, выходная мощность, необходимая для подключения контроллера, также может повысить его внутреннюю температуру, тем самым ставя под угрозу точность точных измерений. Ток всего в несколько мАч, этот тип эффекта самонагрева вызовет отклонение температуры (которое можно исправить, но его необходимо учитывать в дальнейшем). Кроме того, помните, что стоимость проволочных платиновых РДТ или тонкопленочных РДТ может быть довольно высокой, особенно по сравнению со стоимостью датчиков на интегральных схемах.
Термистор
Термистор - это еще один тип контроллера резисторного типа. Существует множество типов термисторов: от высококачественных и недорогих до высокоточных. Недорогие термисторы низкой точности могут выполнять простые и точные функции измерения или проверки порогового значения. Для этого типа варистора требуется несколько компонентов (таких как компараторы, эталонные и дискретные варисторы), но он очень экономичен и имеет температурные характеристики резистора дискретного типа. системы, как показано на рисунке 2. Если необходимо точно измерить широкий диапазон температур, потребуется провести множество решений по линеаризации. Потребуется эффективная коррекция нескольких температурных точек. Чтобы достичь более высокой точности, можно использовать более дорогие термисторные матрицы с меньшими допусками, чтобы помочь решить эту нелинейную проблему, но эти матрицы обычно не так чувствительны, как отдельные термисторы.
Из-за повышенной сложности и стоимости систем с несколькими точками срабатывания недорогие термисторы обычно используются только в устройствах с самыми низкими функциональными требованиями, включая тостеры, кофеварки, холодильники и фены. Кроме того, термисторы также могут столкнуться с проблемой самонагревания (обычно при более высоких температурах, когда их резисторы меньше). Как и в случае с RTD, основная причина невозможности использования термисторов при малых напряжениях питания не обнаружена, но помните, что чем ниже полный пропорциональный выход, тем ниже чувствительность системы, непосредственно преобразуемой характеристиками аналого-цифрового сигнала. преобразователи (АЦП). Это приложение с низким энергопотреблением также требует увеличения сложности схемы, что делает ее очень чувствительной к шумовым ошибкам. Термисторы могут работать в диапазоне температур от -100 ℃ до +500 ℃, хотя большинство термисторов имеют номинальный максимальный диапазон рабочих температур от +100 ℃ до +1509C.
Платиновый термистор
Термопара представляет собой соединение двух проводов, изготовленных из разных материалов. Например, термопара типа состоит из железа и константана. Контакт 1 имеет измеренную температуру, а контакты 2 и контакт 3 имеют разные температуры, измеренные аналоговым датчиком температуры LM35. Выходное напряжение примерно пропорционально разнице между этими двумя значениями температуры.
Из-за очень низкой чувствительности платиновых термисторов (в тяжелом диапазоне десятков микровольт на градус Цельсия) вам придется использовать усилитель с малым смещением для генерации полезного выходного рабочего напряжения. В рабочем диапазоне термопар нелинейность функции передачи напряжения и температуры обычно требует компенсационных схем или справочных таблиц, как в случае термометров сопротивления и термопар. Мало ли они знали, что, несмотря на этот дефект, платиновые термисторы по-прежнему очень модны, особенно в таких устройствах, как электрические печи, водо- и электронагреватели, печи, испытательное оборудование и другие промышленные производственные решения, потому что термические качества платиновых термисторов очень низкие. , а диапазон рабочих температур (рабочая температура может быть расширена примерно до 2300 ℃) очень сложен (датчики температуры)
IC-контроллер
Датчик IC работает в диапазоне температур от -55°C до +150°C. Некоторые | Датчики С работают до +200 ℃. Существуют различные встроенные датчики IC, наиболее распространенными из которых являются четыре встроенных датчика IC с устройствами аналогового вывода, устройствами цифрового интерфейса, дистанционными датчиками температуры и функциями регулятора температуры! Датчик C (температурный переключатель). Предлагаемые выходные компоненты (обычно выход рабочего напряжения, но некоторые также имеют выход резервного потока мощности), скорее всего, являются пассивными решениями при использовании АЦП для интеллектуального определения выходного сигнала данных. Устройства с цифровым интерфейсом обычно используют двухпроводной интерфейс (12C или PMBus) со встроенным АЦП.
В дополнение к локальным датчикам температуры, удаленные датчики температуры также имеют пути или несколько входов для мониторинга температуры удаленных диодов и размещаются в наиболее интегрированной цифровой ИС (например, процессоре или программируемой пользователем вентильной матрице [FPGA]). Регулятор температуры может выдать простой сигнал тревоги при достижении температурного порога.
Использование датчиков на интегральных схемах имеет множество преимуществ, в том числе: низкое энергопотребление; Может предоставить небольшую упаковочную продукцию (некоторые размеры всего 0,8 x 0,8 мм); В некоторых приложениях также можно достичь низкой стоимости устройства. Кроме того, поскольку датчики на интегральных схемах калибруются во время производственных испытаний, дальнейшая калибровка не требуется. Они обычно используются в приложениях для отслеживания фитнеса, носимых устройствах, вычислительных системах, регистраторах данных и автомобильных приложениях.
Опытные разработчики печатных плат подберут наиболее подходящее решение, исходя из требований конечного продукта. В таблице 1 показаны относительные преимущества/трудовой потенциал каждого датчика температуры. (Датчик давления)
Как выбрать ЛДО
СОЭ ЛДО
Передаточная функция типа тока BUCK (расчет, анализ)
Изучение различий между LDO и импульсными источниками питания постоянного/постоянного тока
Как использовать LDO для улучшения легкой нагрузки и повышения эффективности преобразователей, снижающих артериальное давление
Два способа LDO сэкономить электроэнергию в LoT
