展覧会

RTD、熱電対、サーミスタ、ICセンサの長所と短所

RTD、熱電対、サーミスタ、ICセンサーのメリットとデメリット

温度感知製品を選択することは些細な問題のように思えるかもしれませんが、品種

利用可能な製品の場合、この作業は難しいことがあります。 この記事では、

温度センサ(抵抗温度検出器(RTD)、熱電対、サーミスタ、および

デジタルインターフェースとアナログインターフェースを備えた集積回路(IC)センサー)

センサーの短所


システムレベルの観点から、温度センサーはアプリケーションに適しています

要求される温度範囲、精度、直線性、ソリューションコスト、機能、消費電力、

溶液サイズ、実装方法(表面実装法、スルーホールプラグイン法、回路

ボードの取り付け方法)も設計が容易な回路をサポートするために必要です。

RTD


温度を変えながらRTDの抵抗を測定している間、応答はほぼ

抵抗のように振る舞います。 図1に示すように、RTDの抵抗曲線は

完全リニアですが、偏差が数度あります(直線は参考のために示されています)。

高い予測可能性と再テスト可能性。 このわずかな非線形性を補うために、ほとんどの設計者

測定された抵抗値をデジタル化し、マイクロコントローラ内のルックアップテーブルを使用して

補正係数。 この広い温度範囲での再現性と安定性(約

-250℃〜+ 750℃)は、RTDを高精度アプリケーションに非常に役立ちます。

パイプや大型船舶の液体温度やガス温度の測定

RTDアナログ信号を処理するために使用される回路の複雑さは、アプリケーションによって大きく異なります。 独自のエラーを生成するアンプとアナログ - デジタルコンバータ(ADC)は不可欠です。 測定が必要なときにのみ、センサーに電力が供給されます。この方法でも低電力動作を達成することができますが、これにより回路がはるかに複雑になります。 さらに、センサに電力を供給するのに必要な電力も内部温度を上昇させ、測定精度に影響を与えます。 この自己加熱効果は、わずか数ミリアンペアの電流のために、温度誤差(これは訂正可能であるが、さらなる考慮が必要である)を生じる。 また、特にICセンサーのコストと比較して、ワイヤー巻きの白金RTDまたは薄膜RTDは非常に高価になります。

サーミスタ


サーミスタは抵抗性センサの別のタイプです。 サーミスタには様々なものがあります

安価な製品から高精度の製品まで、等々。 低コスト、低精度サーミスタ

簡単な測定やスレッショルド検出を実行する - これらの抵抗は複数のコンポーネント

(コンパレータ、リファレンス、ディスクリート抵抗など)、非常に安価であり、

非反応性図2に示すような線形抵抗 - 温度特性。必要に応じて

広範囲の温度を測定するには、線形化の作業をたくさん行う必要があります。 そうかも知れない

いくつかの温度ポイントを較正するのに必要です。 より高い精度とより高価な

この非線形問題を解決するために、より耐熱性のサーミスタ・アレイを使用できますが、

そのようなアレイは、一般に単一サーミスタよりも感度が低い。


マルチトリップポイントシステムは複雑さとコストを追加するため、低コストのサーミスタが一般的に使用されます

トースター、コーヒーメーカー、

冷蔵庫、ヘアドライヤーを完備しています。 さらに、サーミスタは自己発熱の問題を抱えています

(通常、より高い温度、抵抗が低いところで)。 RTDと同様に、根本原因

低い電源電圧でサーミスタを使用することができないということはまだ発見されていませんが、覚えておいてください

フルスケールの出力が低いほど、より直接的に、フルスケール出力に基づくシステムに変換されます。

アナログ/デジタル変換器の特性感度が低くなる。 小電力

ノイズに起因するエラーに敏感であるために回路の複雑さが増すことも必要です。

サーミスタは-100℃〜+ 500℃の温度範囲で動作可能ですが、

サーミスタは+ 100℃〜+ 150℃の最大動作温度範囲で定格されています。


熱電対


熱電対は、異なる材料で作られた2本のワイヤの接点を含んでいます。 例えば、

J型熱電対は鉄とコンスタンタンでできています。 図3に示すように、コンタクト1は、

測定すべき温度において、接触子2と接触子3とが異なる位置に配置される

LM35アナログ温度センサーで測定した温度。 出力電圧は

これら2つの温度値の差にほぼ比例する。



図3:LM35を熱電対の冷接点補償に使用する


熱電対は非常に感度が低いため(1度あたり数十マイクロボルト

摂氏)では、使用可能な出力電圧を生成するために低オフセットアンプが必要になります。 営業中

熱電対の範囲、温度 - 電圧伝達関数の非直線性

RTDや熱電対と同様に、補償回路やルックアップテーブルが必要になることがあります。 しかしながら、

これらの欠点にもかかわらず、熱電対は、特にオーブン、給湯器

、キルン、試験装置および他の産業プロセス - 熱質量が低いために

熱電対および使用温度範囲は2300℃以上に拡張)は非常に広いです。


ICセンサー


ICセンサーは-55℃〜+ 150℃の温度範囲で動作します。いくつかのICセンサーは

+ 200℃までの動作が可能です。ICセンサーにはさまざまなタイプがありますが、

4つの最も一般的な集積ICセンサーは、アナログ出力デバイス、デジタルインターフェースデバイス、

リモート温度センサー、サーモスタット内蔵ICセンサー(温度スイッチ)

機能。 アナログ出力デバイス(通常は電圧出力ですが、一部には電流出力もあります)

出力信号をデジタル化するためにADCを必要とする場合、最もパッシブなソリューションです。 デジタル

インタフェースデバイス2線式インタフェース(I2CまたはPMBus)が最も一般的に使用され、ビルトイン

ADC。


ローカル温度センサを含むことに加えて、リモート温度センサは、1つまたは

リモートダイオードの温度を監視するための入力が増えます。ほとんどの場合、

プロセッサやフィールドプログラマブルゲートアレイなどの統合デジタルIC) サーモスタット

温度しきい値に達したときに簡単なアラームが表示されます。


ICセンサーの使用には、以下のような多くの利点があります。 小型パッケージ

サイズ(小0.8mm×0.8mm)。 一部のアプリケーションではデバイスコストが低くなります。 また、

ICセンサは、製造テスト中に較正され、それ以上の較正は必要ない。 彼ら

フィットネストラックアプリケーション、ウェアラブル製品、コンピューティングシステム、データ

ロガー、自動車アプリケーションに最適です。


経験豊富なボード設計者は、最終製品に基づいて最も適切なソリューションを使用します

要件。 表1は、各温度センサの相対的な長所と短所を示しています。

表1:RTD、サーミスタ、熱電対およびICセンサの利点と欠点




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