Keturių pagrindinių temperatūros jutiklių privalumų ir trūkumų palyginimas

Gali atrodyti, kad temperatūros jutimo produktų pasirinkimas yra nereikšmingas dalykas, tačiau dėl galimų produktų įvairovės ši užduotis gali būti gana varginanti. Šiame straipsnyje autorius pristatys keturių tipų temperatūros jutiklius (varžinės temperatūros detektoriai (RTD), termoporos, termistoriai ir integrinių grandynų (IC) jutikliai su skaitmeninėmis ir analoginėmis sąsajomis) ir aptars kiekvieno tipo jutiklių privalumus ir trūkumus.
Sistemos lygmens požiūriu, ar temperatūros jutiklis tinka jūsų programai, priklausys nuo reikalaujamo temperatūros diapazono, tikslumo, tiesiškumo, sprendimo kainos, funkcionalumo, energijos suvartojimo, tirpalo dydžio, montavimo būdo (paviršinio montavimo metodas, įterpimo per skylę metodas) , ir plokštės išorinio diegimo metodą), taip pat grandinės dizaino palaikymo paprastumą. MTTP
Matuojant RTD varžą keičiant jo temperatūrą, atsakas yra beveik tiesinis, veikiantis kaip rezistorius. Kaip parodyta 1 paveiksle, RTD pasipriešinimo kreivė nėra visiškai tiesinė, tačiau turi keletą nuokrypių laipsnių (rodo tiesią liniją, naudojamą kaip atskaitos taškas), tačiau ji yra labai nuspėjama ir patikrinama. Norėdami kompensuoti šį nedidelį netiesiškumą, dauguma dizainerių suskaitmenina išmatuotas varžos vertes ir naudoja mikrovaldikliuose esančias paieškos lenteles, kad pritaikytų pataisos koeficientus. Dėl pakartojamumo ir stabilumo plačiame temperatūrų diapazone (apytiksliai nuo -250 laipsnio C iki+750 laipsnio C) RTD yra ypač naudinga didelio tikslumo srityse, įskaitant skysčių ar dujų temperatūros matavimą vamzdynuose ir didelėse talpyklose. .
RTD analoginiams signalams apdoroti naudojamų grandinių sudėtingumas paprastai skiriasi priklausomai nuo taikymo. Komponentai, tokie kaip stiprintuvai ir analoginiai-skaitmeniniai keitikliai (ADC), kurie sukuria savo klaidas, yra būtini. Maitinkite jutiklį tik tada, kai reikia matuoti – šiuo metodu taip pat galite pasiekti mažos galios veikimą, tačiau dėl to grandinė bus daug sudėtingesnė. Be to, galia, reikalinga jutikliui įjungti, taip pat padidina jo vidinę temperatūrą, o tai turi įtakos matavimo tikslumui. Esant tik keletui amperų srovės, šis savaiminio įkaitimo efektas sukels temperatūros paklaidas (šias klaidas galima ištaisyti, tačiau jas reikia toliau svarstyti). Taip pat atminkite, kad viela suvyniotų platininių RTD arba plonasluoksnių RTD kaina gali būti gana didelė, ypač palyginus su I jutiklių kaina.
Termistorius
Termistorius yra kito tipo elektropozityvus jutiklis. Yra įvairių termistorių – nuo ​​ekonomiškų gaminių iki didelio tikslumo gaminių. Nebrangūs ir mažo tikslumo termistoriai gali atlikti paprastas matavimo arba nacionalinės vertės nustatymo funkcijas – tokio tipo rezistoriams reikia kelių komponentų (pavyzdžiui, lygintuvų, etaloninių ir diskrečiųjų rezistorių), tačiau jie yra labai pigūs ir pasižymi netiesinėmis varžos temperatūros savybėmis, kaip parodyta paveikslėlyje. 2. Jei reikia išmatuoti platų temperatūrų diapazoną, reikės atlikti daug linijavimo darbų. Gali prireikti kalibruoti kelis temperatūros taškus. Siekiant didesnio tikslumo, šiai netiesinei problemai išspręsti gali būti naudojama brangesnė ir griežtesnė tolerancijos termistorių matrica, tačiau ši matrica paprastai yra mažiau jautri nei vienas termistorius.

Dėl didesnio kelių šuolio taškų sistemų sudėtingumo ir sąnaudų pigūs termistoriai paprastai naudojami tik minimaliems funkciniams reikalavimams, įskaitant skrudintuvus, kavos virimo aparatus, šaldytuvus ir plaukų džiovintuvus. Be to, termistoriai taip pat kenčia nuo savaiminio įkaitimo problemų (dažniausiai esant aukštesnei temperatūrai, kai jų varža mažesnė). Kaip ir RTD atveju, pagrindinė priežastis, kodėl negalima naudoti termistorių esant žemai įtampai, dar nenustatyta, tačiau atminkite, kad kuo mažesnė visos skalės išvestis, tuo mažesnis sistemos jautrumas, kurį ji tiesiogiai konvertuoja pagal analoginių-skaitmeninių keitiklių (ADC) charakteristikos. Mažos galios programos taip pat turi padidinti grandinės sudėtingumą, kad būtų labai jautrios triukšmo sukeliamoms klaidoms. Termistoriai gali veikti temperatūrų diapazone nuo -100 °C iki+500C, nors daugumos termistorių nominali maksimali darbinė temperatūra yra nuo +100 °C iki+150 °C termoporų
Termoporoje yra dviejų laidų, pagamintų iš skirtingų medžiagų, jungtis. Pavyzdžiui, a) tipo termopora pagaminta iš geležies ir konstantano. Kaip parodyta 3 paveiksle, 1 kontaktas yra matuojamoje temperatūroje, o kontaktas 2 ir 3 yra skirtingose ​​temperatūrose, išmatuotose naudojant LM35 analoginius temperatūros jutiklius. Išėjimo įtampa yra maždaug proporcinga šių dviejų temperatūros verčių skirtumui.
Kadangi termoporų jautrumas yra gana mažas (dešimčių mikrovoltų vienam Celsijaus laipsniui), jums reikės mažo poslinkio stiprintuvo, kad būtų sukurta tinkama išėjimo įtampa. Termoporų veikimo diapazone netiesiškumas tarp temperatūros ir įtampos perdavimo funkcijos dažnai reikalauja kompensavimo grandinių arba paieškos lentelių, kaip ir RTD ir termoporoms. Tačiau, nepaisant šių trūkumų, termoporos vis dar yra labai populiarios, ypač tinka orkaitėms, vandens šildytuvams, krosnims, bandymų įrangai ir kitiems pramoniniams apdorojimams – nes termoporų šiluminė kokybė yra labai žema, o darbinės temperatūros diapazonas (kuris gali būti išplėstas) iki virš 2300 laipsnių ) yra labai platus:
IC jutiklis
IC jutikliai gali veikti temperatūros diapazone nuo {{0}} laipsnio C iki+150 laipsnio C – pasirinkta|C jutikliai gali veikti iki +200 laipsnių C. Yra įvairių tipų integruotų IC jutiklių, tačiau keturi labiausiai paplitę integruoti IC jutikliai yra analoginiai išvesties įrenginiai, skaitmeninės sąsajos įrenginiai, nuotoliniai temperatūros jutikliai ir tie, kurie turi temperatūros reguliatoriaus funkcijas. (temperatūros jungikliai). Analoginiai išvesties įrenginiai (dažniausiai įtampos išvestis, bet kai kurie taip pat turi srovės išvestį) yra labiausiai panašūs į pasyviuosius sprendimus, kai jiems reikalingas ADC skaitmeniniam išvesties signalui. Skaitmeninės sąsajos įrenginiai dažniausiai naudoja dvi laidines sąsajas (12C arba PMBus) ir turi įmontuotus ADC. Be vietinio temperatūros jutiklio, nuotoliniai temperatūros jutikliai taip pat turi vieną ar daugiau įėjimų, skirtų nuotolinio diodo temperatūrai stebėti – dažniausiai jie dedami į labai integruotus skaitmeninius IC (pavyzdžiui, procesorius ar programuojamus vartų matricas (FPGA)). Pasiekus temperatūros slenkstį, termostatas gali duoti paprastą aliarmą. IC jutiklių naudojimas turi daug privalumų, įskaitant: mažas energijos suvartojimas; Galime pateikti mažų pakuočių gaminius (kai kurių dydžių 0,8 mm x 0,8 mm); Kai kuriose programose taip pat galima pasiekti mažas įrenginio sąnaudas.