RTD, thermocouple, thermistor, avantages et inconvénients du capteur IC de comparaison
Le choix d’un produit de détection de température peut sembler une question triviale, mais en raison de la variété
produits disponibles, cette tâche peut être ardue. Dans cet article, je vais décrire quatre types de
capteurs de température (détecteurs de température résistants (RTD), thermocouples, thermomètres et
capteurs de circuits intégrés (IC) avec interfaces numériques et analogiques) et discuter de chaque
et les inconvénients des capteurs.
Du point de vue du système, le capteur de température convient à votre application
dépendent de la plage de température requise, de la précision, de la linéarité, du coût de la solution, de la fonction, de la puissance,
taille de la solution, méthode de montage (méthode de montage de surface et méthode de plug-in à travers le trou et circuit
méthode d’installation du conseil) est également nécessaire pour soutenir le circuit facile à concevoir.
Rtd
Tout en mesurant la résistance de la RTD tout en changeant sa température, la réponse est presque
linéaire, se comportant comme une résistance. Comme le montre la figure 1, la courbe de résistance de la RTD n’est pas
entièrement linéaire, mais a quelques degrés d’écart (une ligne droite est indiquée pour référence) - mais
hautement prévisible et retestable. Pour compenser cette légère non-linéarité, la plupart des concepteurs
numériser la valeur de résistance mesurée et utiliser la table de rechercher dans le microcontrôleur pour appliquer
le facteur de correction. La répétabilité et la stabilité de cette large plage de température (environ
-250 ° C à + 750 ° C) rend le RTD extrêmement utile dans les applications de haute précision, y compris
la mesure de la température du liquide ou du gaz dans les tuyaux et les grands navires.
La complexité des circuits utilisés pour traiter le signal analogique RTD varie considérablement selon l’application. Les amplificateurs et les convertisseurs analogiques au numérique (ADC), qui produisent leurs propres erreurs, sont indispensables. La puissance est fournie au capteur seulement lorsque la mesure est nécessaire - de cette façon, vous pouvez également atteindre un fonctionnement de faible puissance, mais cela rend le circuit beaucoup plus complexe. En outre, la puissance requise pour alimenter le capteur augmentera également sa température interne, affectant ainsi la précision de la mesure. Cet effet d’autochauffe produit une erreur de température (qui est corrigeable mais nécessite un examen plus approfondi) en raison de seulement quelques milliampres de courant. En outre, gardez à l’esprit que les RTD en platine enroulés par fil ou les RTD à couches minces peuvent être très coûteux, surtout par rapport au coût des capteurs IC.
Thermistance
Les thermistors sont un autre type de capteur résistatif. Il existe une variété de thermistor disponibles, de
produits peu coûteux aux produits de haute précision, et ainsi de suite. Thermistors peu coûteux et de faible précision
effectuer des mesures simples ou la détection de seuil - ces résistances nécessitent plusieurs composants
(tels que les comparateurs, les résistances de référence et discrètes), mais sont très peu coûteux et ont
propriétés linéaires non réactives de résistance-température, comme le montre la figure 2. Si vous avez besoin de
mesurer un large éventail de températures, vous aurez besoin de faire beaucoup de travail de linéarisation. Il se peut qu’il soit
nécessaire pour calibrer plusieurs points de température. Pour obtenir une plus grande précision, plus cher et
des tableaux thermistor plus tolérables thermiquement peuvent être utilisés pour aider à résoudre ce problème non ligneux, mais
ces tableaux sont généralement moins sensibles qu’un seul thermistor.
Étant donné que les systèmes de points multi-voyages ajoutent de la complexité et des coûts, les thermistors à faible coût sont généralement utilisés
uniquement pour les applications ayant des exigences fonctionnelles minimales, y compris les grille-pain, les cafetières,
réfrigérateurs et sèche-cheveux. En outre, les thermomètres sont sujets à des problèmes d’autochauffe
(généralement à des températures plus élevées, où leur résistance est plus faible). Comme pour le RTD, la cause profonde
de l’incapacité d’utiliser un thermistor à basse tension d’approvisionnement n’a pas encore été trouvé - mais rappelez-vous
que plus la production à grande échelle est faible, plus elle est convertie directement en un système
caractéristiques d’un convertisseur analogique à numérique Plus la sensibilité est faible. Petite puissance
les applications nécessitent également une complexité accrue du circuit pour être sensibles aux erreurs induites par le bruit.
Les thermomètres peuvent être actionnés sur une plage de température de -100 ° C à + 500 ° C, bien que la plupart des
les thermomètres sont évalués pour une plage de température maximale de fonctionnement de + 100 ° C à + 150 ° C.
Thermocouple
Le thermocouple comprend les contacts de deux fils faits de matériaux différents. Par exemple,
Le thermocouple de type J est fait de fer et de constantan. Comme le montre la figure 3, le contact 1 est situé
à la température à mesurer, tandis que le contact 2 et le contact 3 sont placés à différents
températures mesurées avec le capteur de température analogique LM35. La tension de sortie est
proportionnel à la différence entre ces deux valeurs de température.
Figure 3 : Utilisation du LM35 pour la compensation thermocouple de jonction froide
Parce que les thermocouples ont une très faible sensibilité (de l’ordre de dizaines de microvolts par degré
Celsius), vous aurez besoin d’amplificateurs à faible décalage pour produire des tensions de sortie utilisables. Dans l’exploitation
thermocouple, la non-linéarité de la fonction de transfert de température à tension
nécessite souvent un circuit de compensation ou une table de resserré, tout comme le RTD et le thermocouple. Cependant
malgré ces inconvénients, les thermocouples sont toujours très populaires, en particulier pour les fours, chauffe-eau
, fours, équipements d’essai et autres procédés industriels - en raison de la faible masse thermique de la
thermocouple et la plage de température de fonctionnement étendue à 2300 °C ou plus) est très large.
Capteur IC
Le capteur IC fonctionne sur une plage de température de -55 ° C à + 150 ° C - plusieurs capteurs IC sont
jusqu’à + 200 ° C. Il existe différents types de capteurs IC intégrés, mais
les quatre capteurs IC intégrés les plus courants sont les dispositifs de sortie analogique, les
capteurs de température à distance et capteurs IC intégrés (interrupteurs de température) avec thermostat
Fonctions. Dispositifs de sortie analogiques (généralement sorties de tension, mais certains ont également des sorties actuelles)
sont les solutions les plus passives lorsqu’elles nécessitent un ADC pour numériser le signal de sortie. Numérique
Interface Devices Les interfaces à deux fils (I2C ou PMBus) sont les plus couramment utilisées et
Adc.
En plus d’inclure un capteur de température local, le capteur de température distant dispose également d’un ou
plus d’entrées pour surveiller la température des diodes à distance - elles sont le plus souvent placées dans une
IC numérique intégré tel qu’un processeur ou un tableau de porte programmable sur le terrain .)in. Le thermostat
fournit une alarme simple lorsque le seuil de température est atteint.
L’utilisation de capteurs IC offre un certain nombre d’avantages, notamment : une faible consommation d’énergie; petit paquet
tailles (certains petits 0,8 mm x 0,8 mm); et faible coût de l’appareil pour certaines applications. En outre, depuis
le capteur IC est calibré pendant le test de production, aucun étalonnage supplémentaire n’est nécessaire. Ils
sont couramment utilisés dans les applications de piste de remise en forme, les produits portable, les systèmes informatiques, les
bûcherons et applications automobiles.
Les concepteurs expérimentés de conseil utiliseront la solution la plus appropriée basée sur le produit final
Exigences. Le tableau 1 montre les forces/faiblesses relatives de chaque capteur de température.
Tableau 1 : RTD, thermistor, thermocouple et capteur IC avantages et inconvénients relatifs
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