Comparación de ventajas y desventajas de cuatro sensores de temperatura convencionales.

Elegir productos sensores de temperatura puede parecer una cuestión trivial, pero debido a la variedad de productos disponibles, esta tarea puede resultar bastante desalentadora. En este artículo, el autor presentará cuatro tipos de sensores de temperatura (detectores de temperatura de resistencia (RTD), termopares, termistores y sensores de circuito integrado (IC) con interfaces digitales y analógicas) y discutirá las ventajas y desventajas de cada tipo de sensor.
Desde una perspectiva a nivel de sistema, si un sensor de temperatura es adecuado para su aplicación dependerá del rango de temperatura requerido, la precisión, la linealidad, el costo de la solución, la funcionalidad, el consumo de energía, el tamaño de la solución y el método de instalación (método de montaje en superficie, método de inserción a través de orificios). y método de instalación externa de la placa de circuito), así como la facilidad de soporte para el diseño de circuitos. IDT
Cuando se mide la resistencia de un RTD mientras se cambia su temperatura, la respuesta es casi lineal y actúa como una resistencia. Como se muestra en la Figura 1, la curva de resistencia del RTD no es completamente lineal, pero tiene algunos grados de desviación (que muestra una línea recta utilizada como referencia), pero es altamente predecible y verificable. Para compensar esta ligera no linealidad, la mayoría de los diseñadores digitalizan los valores de resistencia medidos y utilizan tablas de búsqueda dentro de microcontroladores para aplicar factores de corrección. La repetibilidad y estabilidad dentro de un amplio rango de temperatura (aproximadamente -250 grados C a +750 grados C) hacen que el RTD sea extremadamente útil en aplicaciones de alta precisión, incluida la medición de la temperatura de líquidos o gases en tuberías y contenedores grandes. .
La complejidad de los circuitos utilizados para procesar señales analógicas RTD generalmente varía según la aplicación. Son indispensables componentes como amplificadores y convertidores analógico-digital (ADC), que generan sus propios errores. Suministre energía al sensor solo cuando sea necesario para la medición; también puede lograr un funcionamiento de baja potencia mediante este método, pero esto hará que el circuito sea mucho más complejo. Además, la energía necesaria para encender el sensor también aumenta su temperatura interna, afectando así a la precisión de la medición. Con sólo unos pocos amperios de corriente, este efecto de autocalentamiento generará errores de temperatura (estos errores se pueden corregir pero requieren mayor consideración). Además, recuerde que el costo de los RTD de platino bobinados o de película delgada puede ser bastante alto, especialmente en comparación con el costo de los sensores I.
termistor
El termistor es otro tipo de sensor electropositivo. Hay una variedad de termistores disponibles, que van desde productos rentables hasta productos de alta precisión. Los termistores de bajo costo y baja precisión pueden realizar mediciones simples o funciones de detección de valores nacionales; estos tipos de resistencias requieren múltiples componentes (como comparadores, referencia y resistencias discretas), pero son muy baratos y tienen propiedades de temperatura de resistencia no lineales, como se muestra en la Figura 2. Si necesita medir un amplio rango de temperaturas, deberá realizar mucho trabajo de linealización. Puede ser necesaria la calibración de varios puntos de temperatura. Para lograr una mayor precisión, se puede utilizar un conjunto de termistores de tolerancia más estricta y más costoso para ayudar a resolver este problema no lineal, pero este conjunto suele ser menos sensible que un solo termistor.

Debido a la mayor complejidad y costo de los sistemas de puntos de salto múltiples, los termistores de bajo costo generalmente solo se usan para aplicaciones con requisitos funcionales mínimos, como tostadoras, cafeteras, refrigeradores y secadores de cabello. Además, los termistores también sufren problemas de autocalentamiento (normalmente a temperaturas más altas, cuando su resistencia es menor). Al igual que en el caso de los RTD, aún no se ha identificado la causa fundamental de no poder utilizar termistores en voltajes de baja potencia, pero recuerde que cuanto menor sea la salida de escala completa, menor será la sensibilidad del sistema que convierte directamente en función de la Características de los convertidores analógico-digital (ADC). Las aplicaciones de baja potencia también necesitan aumentar la complejidad del circuito para que sean altamente sensibles a los errores causados ​​por el ruido. Los termistores pueden funcionar en un rango de temperatura de -100 grados C a +500 C, aunque la mayoría de los termistores tienen un rango de temperatura de funcionamiento máxima nominal de +100 grados C a +150 grados C termopares
Un termopar incluye una unión de dos cables fabricados de diferentes materiales. Por ejemplo, a) el termopar tipo está hecho de hierro y constante. Como se muestra en la Figura 3, el contacto 1 está ubicado a la temperatura a medir, mientras que el contacto 2 y el contacto 3 están ubicados a diferentes temperaturas medidas usando sensores de temperatura analógicos LM35. El voltaje de salida es aproximadamente proporcional a la diferencia entre estos dos valores de temperatura.
Debido a que la sensibilidad de los termopares es bastante baja (del orden de decenas de microvoltios por grado Celsius), necesitará un amplificador de compensación baja para generar un voltaje de salida utilizable. Dentro del rango de trabajo de los termopares, la no linealidad en la función de transferencia de temperatura a voltaje a menudo requiere circuitos de compensación o tablas de búsqueda, al igual que los RTD y los termopares. Sin embargo, a pesar de estos inconvenientes, los termopares siguen siendo muy populares, especialmente adecuados para hornos, calentadores de agua, hornos, equipos de prueba y otros tratamientos industriales, porque la calidad térmica de los termopares es muy baja y el rango de temperatura de trabajo (que puede ampliarse por encima de 2300 grados) es muy amplio:
sensor de circuito integrado
Los sensores IC pueden funcionar dentro de un rango de temperatura de {{0}} grados C a+150 grados C - seleccionado|Los sensores C pueden funcionar hasta+200 grados C. Existen varios tipos de sensores IC integrados, pero los cuatro sensores IC integrados más comunes son dispositivos de salida analógica, dispositivos de interfaz digital, sensores de temperatura remotos y aquellos con funciones de controlador de temperatura. (interruptores de temperatura). Los dispositivos de salida analógica (generalmente salida de voltaje, pero algunos también tienen salida de corriente) son soluciones pasivas cuando requieren ADC para digitalizar la señal de salida. Los dispositivos de interfaz digital suelen utilizar interfaces de dos cables (12C o PMBus) y tienen ADC integrados. Además de un sensor de temperatura local, los sensores de temperatura remotos también tienen una o más entradas para monitorear la temperatura de los diodos remotos; generalmente se colocan en circuitos integrados digitales altamente integrados (como procesadores o conjuntos de puertas programables en campo (FPGA)). Cuando se alcanza el umbral de temperatura, el termostato puede emitir una alarma simple. El uso de sensores IC ofrece muchos beneficios, entre ellos: bajo consumo de energía; Puede proporcionar productos de embalaje pequeños (algunos tamaños tan pequeños como 0.8 mm x 0,8 mm); En determinadas aplicaciones también se pueden conseguir costes de dispositivo bajos.