יתרונות וחסרונות של ארבעה סוגים של חיישני טמפרטורה

יתרונות וחסרונות של ארבעה סוגים של חיישני טמפרטורה
בחירת מוצר חיישן טמפרטורה עשויה להיראות טריוויאלית, אך בשל מגוון המוצרים הזמינים, משימה זו יכולה להיות מאוד מדאיגה. מאמר זה מציג ארבעה סוגים של חיישני טמפרטורה (חיישני טמפרטורת התנגדות (RTDs), צמדים תרמיים, תרמיסטורים וחיישני מעגלים משולבים (IC) עם ממשקים דיגיטליים ואנלוגיים), וחוקר את היתרונות והחסרונות של כל חיישן.
מנקודת המבט של רמת תוכנת המערכת, האם חיישן טמפרטורה מתאים ליישום שלך יהיה תלוי בטווח הטמפרטורה הנדרש, דיוק, ליניאריות, עלות הפתרון, תפקוד, הספק, מפרטי פתרון ושיטות התקנה (שיטת הרכבה על פני השטח, הכנסת חור קבור שיטת, ושיטת התקנה חיצונית של לוח מעגלים). זה גם הכרחי להיות תואם לרמת פתרונות העיצוב הקלים עבור מעגלי חשמל. (משדר לחץ)
RTD
כאשר הטמפרטורה משתנה תוך מדידת ההתנגדות של RTD, התגובה תתבטא בעצם כליניארית ותתבטא כהתנגדות. כפי שמוצג באיור 1, עקומת ההתנגדות של ה-RTD אינה ליניארית לחלוטין, אך יש לה מספר סטיות (המציגות את הקו הישר בשימוש) אך יכולה להיות ניתנת לחיזוי וניתן לשחזור. כדי לפצות על אי-ליניאריות קלה זו, מעצבים רבים עושים דיגיטציה של ערכי ההתנגדות הנמדדים ומיישמים גורמי תיקון באמצעות טבלאות חיפוש בתוך מיקרו-בקרים. יכולת השחזור והיציבות הללו על פני טווח טמפרטורות רחב (בערך -250 מעלות צלזיוס עד +750 מעלות צלזיוס) הופכות את RTD לשימושי מאוד ביישומי דיוק קוליים, כולל מדידת הטמפרטורה של נוזלים או גזים בצינורות ומיכלים גדולים.
המורכבות של המעגלים המשמשים לעיבוד אותות אנלוגיים RTD משתנה מאוד בהתאם ליישום. יש צורך ברכיבים כגון מגברים וממירים אנלוגיים לדיגיטליים (ADC) שיוצרים שגיאות ייחודיות. הפעל את החיישן רק כאשר יש צורך במדידה - שיטה זו יכולה להשיג גם פעולה בהספק נמוך, אך היא תהפוך את המעגל למורכב יותר. יתרה מכך, הספק המוצא הנדרש לחיבור הבקר יכול גם להגביר את הטמפרטורה הפנימית שלו, ובכך לסכן את הדיוק של מדידות מדויקות. זרם של כמה מיליאמפר / שעה בלבד, סוג זה של אפקט חימום עצמי יגרום לסטיית טמפרטורה (שניתן לתקן, אך יש לשקול עוד יותר). יתר על כן, אנא זכרו שהעלות של RTDs פלטינה כרוכות בחוט או RTDs סרט דק עשויה להיות גבוהה למדי, במיוחד בהשוואה לעלות של חיישני מעגלים משולבים.

תרמיסטור
תרמיסטור הוא סוג אחר של בקר מסוג נגד. ישנם סוגים רבים של תרמיסטורים, ממוצרים איכותיים ובמחיר נמוך ועד למוצרים בעלי דיוק גבוה. תרמיסטורים בעלות נמוכה ודיוק נמוך יכולים לבצע פונקציות מדידה או אימות סף פשוטות ומדויקות - סוג זה של וריסטורים דורש מספר רכיבים (כגון קומפרטורים, הפניה ווריסטורים בדידים), אך הוא חסכוני מאוד ובעל מאפייני טמפרטורת הנגד של בדידים. מערכות, כפי שמוצג באיור 2. אם יש צורך למדוד במדויק מגוון רחב של טמפרטורות, תצטרך לבצע הרבה פתרונות ליניאריזציה. יהיה צורך בתיקון יעיל של מספר נקודות טמפרטורה. על מנת להשיג דיוק גבוה יותר, ניתן להשתמש במערכים תרמיסטורים בעלי סובלנות יקרים יותר וקטנים יותר כדי לסייע בפתרון בעיה לא ליניארית זו, אך מערכים אלו בדרך כלל אינם רגישים כמו תרמיסטורים בודדים.
בשל המורכבות והעלות המוגברות של מערכות ריבוי נקודות נסיעה, תרמיסטורים בעלות נמוכה משמשים בדרך כלל רק עבור יישומים עם הדרישות הפונקציונליות הנמוכות ביותר, כולל טוסטרים, מכונות קפה, מקררים ומייבשי שיער. בנוסף, תרמיסטורים עשויים להתמודד גם עם האתגר של חימום עצמי (בדרך כלל בטמפרטורות גבוהות יותר, כאשר הנגדים שלהם נמוכים יותר). כמו RTD, הסיבה העיקרית לחוסר היכולת להשתמש בתרמיסטורים במתחים נמוכים לא נמצאה, אך אנא זכרו שככל שהפלט הפרופורציונלי המלא נמוך יותר, כך הרגישות של המערכת המומרת ישירות על ידי המאפיינים של אנלוגי לדיגיטלי נמוכה יותר. ממירים (ADCs). יישום זה בעל הספק נמוך צריך גם להגדיל את המורכבות של המעגל, מה שהופך אותו לרגיש מאוד לשגיאות רעש. תרמיסטורים יכולים לפעול בטווח הטמפרטורות של -100 מעלות עד+500 מעלות, אם כי לרוב התרמיסטורים יש טווח טמפרטורת פעולה מקסימלית מדורג של +100 מעלות עד+1509C
תרמיסטור פלטינה
צמד תרמי כולל חיבור של שני חוטים העשויים מחומרים שונים. לדוגמה, צמד תרמי מסוג מורכב מברזל ומקבוע. מגע 1 נמצא בטמפרטורה הנמדדת, בעוד שמגע 2 ומגע 3 נמצאים בטמפרטורות שונות הנמדדות על ידי חיישן טמפרטורה אנלוגי LM35. מתח המוצא הוא פרופורציונלי בערך להפרש בין שני ערכי הטמפרטורה הללו.
בשל הרגישות הנמוכה מאוד של תרמיסטורים פלטינה (בטווח משקל כבד של עשרות מיקרו-וולט לצלזיוס), תצטרך להשתמש במגבר אופסט נמוך כדי ליצור מתח תפעול פלט שמיש. בטווח העבודה של צמדים תרמיים, האי-לינאריות של פונקציית העברת מתח הטמפרטורה דורשת בדרך כלל מעגלי פיצוי או טבלאות חיפוש, בדיוק כמו RTDs וצמדים תרמיים. הם לא ידעו שלמרות הפגם הזה, תרמיסטורי פלטינה הם עדיין אופנתיים מאוד, במיוחד ביישומים כמו תנורים חשמליים, מחממי מים וחשמל, כבשנים, ציוד בדיקה ופתרונות ייצור תעשייתיים אחרים - מכיוון שהאיכות התרמית של תרמיסטורים פלטינה נמוכה מאוד. , וטווח טמפרטורת הפעולה (ניתן להרחיב את טמפרטורת הפעולה לסביבות 2300 מעלות) הוא מורכב מאוד, (חיישני טמפרטורה)

בקר IC
חיישן ה-IC פועל בטווח הטמפרטורות של -55 מעלות צלזיוס עד +150 מעלות צלזיוס. חלקם|חיישני C פועלים עד +200 מעלות . ישנם חיישני IC משולבים שונים, והארבעה הנפוצים ביותר הם חיישני IC משולבים עם התקני פלט אנלוגיים, התקני ממשק דיגיטליים, חיישני טמפרטורה מרוחקים ופונקציות ווסת טמפרטורה! חיישן C (מתג טמפרטורה). רכיבי הפלט המוצעים (בדרך כלל פלט מתח הפעלה, אך לחלקם יש גם פלט זרימת כוח גיבוי) הם ככל הנראה פתרונות פסיביים בעת שימוש ב-ADC כדי לפתור בצורה חכמה את אות נתוני הפלט. התקני ממשק דיגיטלי משתמשים בדרך כלל בממשק כפול (12C או PMBus) עם ADC מובנה
בנוסף לחיישני טמפרטורה מקומיים, לחיישני טמפרטורה מרוחקים יש גם נתיבים או כניסות מרובות לניטור הטמפרטורה של דיודות מרוחקות, והם מסודרים ב-IC הדיגיטלי המשולב ביותר (כגון מעבד או מערך שערים שניתן לתכנת בשדה [FPGA]). וסת הטמפרטורה יכול להפעיל אזעקה פשוטה כאשר סף הטמפרטורה מגיע.
ישנם יתרונות רבים לשימוש בחיישני מעגלים משולבים, כולל: צריכת חשמל נמוכה; יכול לספק מוצרי אריזה קטנים (בגדלים מסוימים קטנים כמו {{0}}.8 מ"מ x 0.8 מ"מ); ניתן להשיג עלויות מכשיר נמוכות גם ביישומים מסוימים. יתר על כן, מכיוון שחיישני מעגל משולבים מכוילים במהלך בדיקות הייצור, אין צורך בכיול נוסף. הם משמשים בדרך כלל ביישומי מעקב אחר כושר, מוצרים לבישים, מערכות מחשוב, מקליט נתונים ויישומי רכב.
מעצבי מעגלים מנוסים ישתמשו בפתרון המתאים ביותר בהתבסס על דרישות המוצר הסופי. טבלה 1 מציגה את היתרונות היחסיים/פוטנציאל העבודה של כל חיישן טמפרטורה. (חיישן לחץ)
כיצד לבחור LDO
ESR של LDO
סוג נוכחי פונקציית העברת BUCK (חישוב, ניתוח)
בחינת ההבדלים בין LDO לבין ספקי כוח מיתוג DC/DC
כיצד לסמוך על LDO לשיפור העומס הקל והיעילות הגבוהה של ממירים להורדת לחץ דם
שתי דרכים ל-LDO לחסוך בחשמל ב-loT