RTD, termopar, termistor, vantagens do sensor IC e desvantagens de comparação
Escolher um produto de sensoriamento de temperatura pode parecer uma questão trivial, mas por causa da variedade
de produtos disponíveis, esta tarefa pode ser assustadora. Neste artigo, vou descrever quatro tipos de
sensores de temperatura (detectores de temperatura resistiva (RTDs), termopares, termistores e
sensores de circuito integrado (IC) com interfaces digitais e analógicas) e discutem cada Vantagens
e Desvantagens dos Sensores.
Do ponto de vista do sistema, o sensor de temperatura é adequado para a sua aplicação
dependem da faixa de temperatura necessária, precisão, linearidade, custo da solução, função, potência,
tamanho da solução, método de montagem (método de montagem de superfície e método de plug-in através do furo e circuito
método de instalação da placa) também é necessário para suportar o circuito fácil de projetar.
Idt
Ao medir a resistência do RTD enquanto muda sua temperatura, a resposta é quase
linear, comportando-se como um resistor. Como mostrado na Figura 1, a curva de resistência do RTD não é
totalmente linear, mas tem alguns graus de desvio (uma linha reta é mostrada para referência) - mas
altamente previsível e retestável. Para compensar essa leve não linearidade, a maioria dos designers
digitalizar o valor de resistência medido e usar a tabela de busca no microcontrolador para aplicar
o fator de correção. A repetibilidade e estabilidade nesta ampla faixa de temperatura (cerca de
-250 ° C a + 750 ° C) torna o RTD extremamente útil em aplicações de alta precisão, incluindo
a medição das temperaturas líquidas ou gasosas em tubos e vasos de grande porte.
A complexidade dos circuitos utilizados para processar o sinal analógico RTD varia substancialmente dependendo da aplicação. Amplificadores e conversores analógicos-digitais (ADCs), que produzem seus próprios erros, são indispensáveis. A potência é fornecida ao sensor somente quando a medição é necessária - desta forma você também pode alcançar a operação de baixa potência, mas isso torna o circuito muito mais complexo. Além disso, a potência necessária para alimentar o sensor também aumentará sua temperatura interna, afetando assim a precisão da medição. Este efeito de auto-aquecimento produz um erro de temperatura (que é corrigível, mas requer mais consideração) devido a apenas alguns miliamperes de corrente. Além disso, tenha em mente que os RTDs de platina com ferimentos de fio ou RTDs de filme fino podem ser bastante caros, especialmente quando comparados com o custo dos sensores ic.
Termistor
Os thermistors são outro tipo de sensor resistivo. Há uma variedade de thermistor disponível, de
produtos baratos para produtos de alta precisão, e assim por diante. Os termistores de baixo custo e de baixa precisão
realizar medidas simples ou detecção de limiares - esses resistores requerem múltiplos componentes
(como comparadores, referência e resistores discretos), mas são muito baratos e têm
propriedades de temperatura de resistência linear não reativas, como mostrado na Figura 2. Se você precisar
medir uma ampla gama de temperaturas, você precisará fazer um monte de trabalho de linearização. Pode ser
necessário para calibrar vários pontos de temperatura. Para alcançar maior precisão, mais caro e
matrizes termicamente mais toleráveis podem ser usadas para ajudar a resolver este problema não linear, mas
tais matrizes são geralmente menos sensíveis do que um único ormistor.
Como sistemas de ponto de várias viagens adicionam complexidade e custo, os teormistors de baixo custo são normalmente usados
apenas para aplicações com requisitos funcionais mínimos, incluindo torradeiras, cafeteiras,
geladeiras, e secadores de cabelo. Além disso, os thermistors estão sujeitos a problemas de auto-aquecimento
(geralmente em temperaturas mais altas, onde sua resistência é menor). Como com o RTD, a causa raiz
da incapacidade de usar um teoristor em tensões de baixa oferta ainda não foi encontrado - mas lembre-se
que quanto menor a saída em grande escala, mais diretamente é convertido em um sistema baseado no
características de um conversor analógico-digital Quanto menor a sensibilidade. Poder pequeno
os aplicativos também exigem maior complexidade do circuito para serem sensíveis a erros induzidos por ruído.
Os termentores podem ser operados acima da faixa de temperatura de -100 ° C a + 500 ° C, embora a maioria
os avaliadores são classificados para uma faixa de temperatura de operação máxima de + 100 ° C a + 150 ° C.
Termopar
O termopar inclui os contatos de dois fios feitos de materiais diferentes. Por exemplo,
Termopar do tipo J é feito de ferro e constantan. Como mostrado na Fig. 3, o contato 1 está localizado
na temperatura a ser medida, enquanto o contato 2 e o contato 3 são colocados em diferentes
temperaturas medida com o sensor de temperatura analógico LM35. A tensão de saída é
aproximadamente proporcional à diferença entre esses dois valores de temperatura.
Figura 3: Utilizando o LM35 para compensação de junção fria termopar
Porque os termopares têm sensibilidade muito baixa (na ordem de dezenas de microvolts por grau
Celsius), você precisará de amplificadores de baixa compensação para produzir tensões de saída utilizáveis. Na operação
gama do termopar, a não linearidade na função de transferência temperatura-tensão
muitas vezes requer um circuito de compensação ou tabela de pesquisa, assim como o RTD e termopar. No entanto
apesar dessas desvantagens, os termopares ainda são muito populares, especialmente para fornos, aquecedores de água
, fornos, equipamentos de teste e outros processos industriais - devido à baixa massa térmica do
termopar e a faixa de temperatura de operação Estendida para 2300 °C ou mais) é muito ampla.
Sensor IC
O sensor IC opera acima de uma faixa de temperatura de -55 ° C a + 150 ° C - vários sensores IC são
disponível para operação até + 200 ° C. Existem vários tipos de sensores de IC integrados, mas
os quatro sensores de IC integrados mais comuns são dispositivos de saída analógicos, dispositivos de interface digital,
sensores de temperatura remota, e sensores de IC integrados (interruptores de temperatura) com termostato
Funções. Dispositivos de saída analógicos (normalmente saídas de tensão, mas alguns também têm saídas de corrente)
são as soluções mais passivas quando requerem uma ADC para digitalizar o sinal de saída. Digital
Dispositivos de interface Interface Interfaces de dois fios (I2C ou PMBus) são mais comumente usados e têm um embutido
Adc.
Além de incluir um sensor de temperatura local, o sensor de temperatura remota também tem um ou
mais entradas para monitorar a temperatura remota do diodo - eles são mais frequentemente colocados em um altamente
IC digital integrado, como um processador ou conjunto de portão programável de campo 】)in. O termostato
fornece um alarme simples quando o limiar de temperatura é atingido.
O uso de sensores ic oferece uma série de benefícios, incluindo: baixo consumo de energia; pequeno pacote
tamanhos (alguns pequenos 0,8mm x 0,8mm); e baixo custo do dispositivo para algumas aplicações. Além disso, já que
o sensor IC é calibrado durante o teste de produção, não é necessária mais calibração. Eles
são comumente usados em aplicações de pista de fitness, produtos vestíveis, sistemas de computação, dados
madeireiros e aplicações automotivas.
Designers de placa experientes usarão a solução mais apropriada com base no produto final
Requisitos. A Tabela 1 mostra os pontos fortes/fracos relativos de cada sensor de temperatura.
Tabela 1: RTD, termistor, termopar e sensor IC vantagens e desvantagens relativas
Adicionar: Nº 16, Estrada 3, Zona industrial de Sanjiang, Shengzhou, Zhejiang, China
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