RTD, termočlánok, termistor, výhody a nevýhody porovnávacieho senzora
Výber produktu na snímanie teploty sa môže javiť ako triviálna záležitosť, ale kvôli rozmanitosti
dostupných produktov môže byť táto úloha skľučujúca. V tomto článku popíšem štyri typy
snímače teploty (odporové snímače teploty (RTD)), termočlánky, termistory a
integrované obvody (IC) s digitálnymi a analógovými rozhraniami) a diskutovať o všetkých výhodách
a nevýhody snímačov.
Z hľadiska úrovne systému je teplotný senzor vhodný pre vašu aplikáciu
závisia od požadovaného teplotného rozsahu, presnosti, linearity, nákladov na riešenie, funkcie, výkonu,
veľkosť riešenia, spôsob montáže (metóda povrchovej montáže a metóda a zapojenie priechodného otvoru)
je tiež nevyhnutný na podporu návrhu obvodu.
RTD
Pri meraní odporu RTD pri zmene jeho teploty je odozva takmer
lineárne, správa sa ako odpor. Ako je znázornené na obrázku 1, krivka odporu RTD nie je
úplne lineárne, ale má niekoľko stupňov odchýlky (ako referencia je uvedená rovná čiara) - ale
vysoko predvídateľné a znovu testovateľné. Na kompenzáciu tejto miernej nelinearity väčšina návrhárov
digitalizujte nameranú hodnotu odporu a na vyhľadanie použite vyhľadávaciu tabuľku v mikrokontroléri
korekčný faktor. Opakovateľnosť a stabilita v tomto širokom rozmedzí teplôt (asi
-250 ° C až + 750 ° C) robí RTD mimoriadne užitočným pri vysoko presných aplikáciách, vrátane
meranie teploty kvapaliny alebo plynu v potrubiach a veľkých nádobách.
Zložitosť obvodov použitých na spracovanie analógového signálu RTD sa podstatne líši v závislosti od aplikácie. Zosilňovače a analógovo-digitálne prevodníky (ADC), ktoré vytvárajú svoje vlastné chyby, sú nevyhnutné. Napájanie snímača sa dodáva iba v prípade, že je potrebné meranie - týmto spôsobom môžete dosiahnuť aj prevádzku s nízkym výkonom, čo však robí obvod oveľa zložitejším. Okrem toho výkon potrebný na napájanie snímača tiež zvýši jeho vnútornú teplotu, čo ovplyvní presnosť merania. Tento samoohrievací efekt spôsobuje teplotnú chybu (ktorá je opraviteľná, ale vyžaduje ďalšie zváženie) v dôsledku iba niekoľkých miliampérov prúdu. Majte tiež na pamäti, že drôtovo vinuté platinové RTD alebo tenkovrstvové RTD môžu byť dosť nákladné, najmä v porovnaní s nákladmi na IC senzory.
Termistor
Termistory sú ďalším typom odporového snímača. Existuje celý rad dostupných termistorov od
lacné výrobky až po vysoko presné výrobky atď. Lacné a málo presné termistory
vykonávať jednoduché merania alebo detekciu prahových hodnôt - tieto rezistory vyžadujú viac komponentov
(napríklad komparátory, referenčné a diskrétne odpory), sú však veľmi lacné a majú
nereaktívne Lineárne vlastnosti odporu a teploty, ako je znázornené na obrázku 2. Ak je to potrebné
zmerajte široký rozsah teplôt, budete musieť vykonať veľa linearizácie. Môže byť
je potrebné kalibrovať niekoľko teplotných bodov. Na dosiahnutie vyššej presnosti, nákladnejšie a
na vyriešenie tohto nelineárneho problému možno použiť tepelne tolerovateľnejšie polia termistorov, ale
také polia sú všeobecne menej citlivé ako jeden termistor.
Pretože systémy s mnohými vypínacími bodmi zvyšujú zložitosť a náklady, zvyčajne sa používajú lacné termistory
iba pre aplikácie s minimálnymi funkčnými požiadavkami, vrátane hriankovačov, kávovarov,
chladničky a sušiče na vlasy. Okrem toho sú termistory vystavené problémom s vlastným ohrevom
(zvyčajne pri vyšších teplotách, kde je ich odolnosť nižšia). Rovnako ako v prípade RTD, hlavná príčina
nemožnosti použitia termistora pri nízkych napájacích napätiach sa zatiaľ nenašla - pamätajte však
že čím nižší je výstup v plnom rozsahu, tým je priamo konvertovaný na systém založený na
charakteristiky analógovo-digitálneho prevodníka Čím nižšia je citlivosť. Malý výkon
aplikácie tiež vyžadujú zvýšenú zložitosť obvodov, aby boli citlivé na chyby spôsobené šumom.
Termistory je možné prevádzkovať v teplotnom rozmedzí od -100 ° C do + 500 ° C, aj keď najviac
termistory sú dimenzované na maximálny rozsah prevádzkových teplôt od + 100 ° C do + 150 ° C.
Termočlánok
Termočlánok obsahuje kontakty dvoch vodičov vyrobených z rôznych materiálov. Napríklad,
Termočlánok typu J je vyrobený zo železa a konštantanu. Ako je znázornené na obr. 3, je kontakt 1 umiestnený
pri teplote, ktorá sa má merať, zatiaľ čo kontakt 2 a kontakt 3 sú umiestnené na rôznych miestach
teploty merané pomocou analógového teplotného snímača LM35. Výstupné napätie je
približne úmerný rozdielu medzi týmito dvoma hodnotami teploty.
Obrázok 3: Použitie LM35 na kompenzáciu studeného spoja termočlánku
Pretože termočlánky majú veľmi nízku citlivosť (rádovo v desiatkach mikrovoltov na stupeň
Celzia), budete potrebovať zosilňovače s nízkym ofsetom na výrobu použiteľného výstupného napätia. V prevádzkovej
rozsah termočlánku, nelinearita vo funkcii prenosu teploty na napätie
často vyžaduje kompenzačný obvod alebo vyhľadávaciu tabuľku, rovnako ako RTD a termočlánok. Avšak
aj napriek týmto nevýhodám sú termočlánky stále veľmi populárne, najmä pre rúry a ohrievače vody
, pece, testovacie zariadenia a iné priemyselné procesy - kvôli nízkej tepelnej hmotnosti
termočlánok a rozsah prevádzkových teplôt rozšírený na 2 400 ℃ alebo viac) je veľmi široký.
IC senzor
IC senzor pracuje v teplotnom rozmedzí -55 ° C až + 150 ° C - niekoľko IC senzorov je
k dispozícii pre prevádzku do + 200 ° C. Existujú rôzne typy integrovaných IC senzorov, ale
štyri najbežnejšie integrované IC senzory sú analógové výstupné zariadenia, zariadenia s digitálnym rozhraním,
diaľkové snímače teploty a integrované snímače IC (teplotné spínače) s termostatom
funkcie. Analógové výstupné zariadenia (zvyčajne napäťové výstupy, niektoré však majú aj prúdové výstupy)
sú najviac pasívne riešenia, keď na digitalizáciu výstupného signálu vyžadujú ADC. Digitálne
Zariadenia rozhrania Najčastejšie sa používajú dvojvodičové rozhrania (I2C alebo PMBus), ktoré majú zabudované rozhranie
ADC.
Okrem zahrnutia miestneho snímača teploty má diaľkový snímač teploty aj jeden alebo
viac vstupov na sledovanie teploty vzdialenej diódy - sú najčastejšie umiestnené vo vysoko
integrovaný digitálny integrovaný obvod, ako napríklad procesor alebo programovateľné hradlové pole field) v. Termostat
poskytuje jednoduchý alarm pri dosiahnutí prahu teploty.
Používanie IC senzorov ponúka množstvo výhod vrátane: nízkej spotreby energie; malé balenie
veľkosti (niektoré malé 0,8 mm x 0,8 mm); a nízke náklady na zariadenie pre niektoré aplikácie. Navyše od r
snímač IC je kalibrovaný počas výrobného testu, nie je potrebná ďalšia kalibrácia. Oni
sa bežne používajú v aplikáciách na sledovanie fitnes, nositeľných výrobkoch, výpočtových systémoch, dátach
lesnícke a automobilové aplikácie.
Skúsení dizajnéri dosiek použijú najvhodnejšie riešenie založené na konečnom produkte
požiadavky. Tabuľka 1 ukazuje relatívne silné a slabé stránky každého teplotného snímača.
Tabuľka 1: RTD, termistor, termočlánok a IC snímač relatívne výhody a nevýhody
Vložiť: Č. 16, cesta 3, priemyselná zóna Sanjiang, Shengzhou, Zhejiang, Čína
Kontakt: Eric Xie
Email:sale@benoelectric.com
Dav: +861598895936
Skype:ericxie123@outlook.com
Wechat GG; Whatsapp: +8615988295936
Webová stránka: www.benoindustry.com
