Perbandingan kelebihan dan kekurangan empat sensor suhu utama

Memilih produk penginderaan suhu mungkin tampak sepele, namun karena beragamnya produk yang tersedia, tugas ini bisa jadi cukup menakutkan. Pada artikel ini, penulis akan memperkenalkan empat jenis sensor suhu (detektor suhu resistansi (RTD), termokopel, termistor, dan sensor sirkuit terpadu (IC) dengan antarmuka digital dan analog) serta membahas kelebihan dan kekurangan masing-masing jenis sensor.
Dari perspektif tingkat sistem, apakah sensor suhu cocok untuk aplikasi Anda akan bergantung pada kisaran suhu yang diperlukan, keakuratan, linearitas, biaya solusi, fungsionalitas, konsumsi daya, ukuran solusi, metode pemasangan (metode pemasangan di permukaan, metode penyisipan lubang , dan metode pemasangan eksternal papan sirkuit), serta kemudahan dukungan desain sirkuit. RTD
Saat mengukur resistansi RTD sambil mengubah suhunya, responsnya hampir linier, bertindak seperti resistor. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, kurva resistensi RTD tidak sepenuhnya linier, namun memiliki beberapa derajat deviasi (menunjukkan garis lurus yang digunakan sebagai referensi) - namun sangat dapat diprediksi dan diverifikasi. Untuk mengimbangi sedikit ketidaklinieran ini, sebagian besar perancang mendigitalkan nilai resistansi yang diukur dan menggunakan tabel pencarian dalam mikrokontroler untuk menerapkan faktor koreksi. Pengulangan dan stabilitas dalam rentang suhu yang luas (kira-kira -250 derajat C hingga+750 derajat C) menjadikan RTD sangat berguna dalam aplikasi presisi tinggi, termasuk mengukur suhu cairan atau gas dalam saluran pipa dan wadah besar .
Kompleksitas rangkaian yang digunakan untuk memproses sinyal analog RTD umumnya bervariasi tergantung pada aplikasinya. Komponen seperti amplifier dan konverter analog-ke-digital (ADC), yang menghasilkan kesalahannya sendiri, sangat diperlukan. Hanya suplai daya ke sensor bila diperlukan untuk pengukuran - Anda juga dapat mencapai pengoperasian berdaya rendah melalui metode ini, tetapi ini akan membuat rangkaian jauh lebih kompleks. Selain itu, daya yang diperlukan untuk menghidupkan sensor juga meningkatkan suhu internalnya, sehingga mempengaruhi keakuratan pengukuran. Dengan arus hanya beberapa amp, efek pemanasan sendiri ini akan menghasilkan kesalahan suhu (kesalahan ini dapat diperbaiki tetapi memerlukan pertimbangan lebih lanjut). Perlu diingat juga bahwa biaya RTD platina wirewound atau RTD film tipis bisa sangat mahal, terutama jika dibandingkan dengan biaya sensor-I.
Termistor
Termistor adalah jenis lain dari sensor elektropositif. Ada beragam termistor yang tersedia, mulai dari produk hemat biaya hingga produk presisi tinggi. Termistor berbiaya rendah dan presisi rendah dapat melakukan fungsi pengukuran sederhana atau deteksi nilai nasional - jenis resistor ini memerlukan banyak komponen (seperti pembanding, referensi, dan resistor diskrit), tetapi sangat murah dan memiliki sifat suhu resistansi nonlinier, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Jika Anda perlu mengukur rentang suhu yang luas, Anda perlu melakukan banyak pekerjaan linierisasi. Kalibrasi beberapa titik suhu mungkin diperlukan. Untuk mencapai akurasi yang lebih tinggi, susunan termistor yang lebih mahal dan toleransi yang lebih ketat dapat digunakan untuk membantu memecahkan masalah nonlinier ini, namun susunan ini biasanya kurang sensitif dibandingkan termistor tunggal.

Karena meningkatnya kompleksitas dan biaya sistem multi titik lompat, termistor berbiaya rendah umumnya hanya digunakan untuk aplikasi dengan persyaratan fungsional minimal, termasuk pemanggang roti, pembuat kopi, lemari es, dan pengering rambut. Selain itu, termistor juga mengalami masalah pemanasan sendiri (biasanya pada suhu yang lebih tinggi, ketika resistansinya lebih rendah). Seperti halnya RTD, akar penyebab tidak dapat menggunakan termistor pada tegangan daya rendah belum teridentifikasi - namun perlu diingat bahwa semakin rendah keluaran skala penuh, semakin rendah sensitivitas sistem yang langsung dikonversi berdasarkan pada karakteristik konverter analog-ke-digital (ADC). Aplikasi berdaya rendah juga perlu meningkatkan kompleksitas rangkaian agar sangat sensitif terhadap kesalahan yang disebabkan oleh noise. Termistor dapat beroperasi pada kisaran suhu -100 derajat C hingga+500C, meskipun sebagian besar termistor memiliki kisaran suhu pengoperasian maksimum sebesar+100 derajat C hingga+150 derajat C termokopel
Termokopel mencakup persimpangan dua kabel yang terbuat dari bahan berbeda. Misalnya a) termokopel tipe terbuat dari besi dan konstantan. Seperti terlihat pada Gambar 3, kontak 1 terletak pada suhu yang akan diukur, sedangkan kontak 2 dan kontak 3 ditempatkan pada suhu berbeda yang diukur menggunakan sensor suhu analog LM35. Tegangan keluaran kira-kira sebanding dengan perbedaan antara dua nilai suhu ini.
Karena sensitivitas termokopel cukup rendah (di urutan puluhan mikrovolt per derajat Celcius), Anda memerlukan penguat offset rendah untuk menghasilkan tegangan keluaran yang dapat digunakan. Dalam rentang kerja termokopel, nonlinier dalam fungsi transfer suhu ke tegangan sering kali memerlukan rangkaian kompensasi atau tabel pencarian, seperti RTD dan termokopel. Namun, terlepas dari kekurangan ini, termokopel masih sangat populer, terutama cocok untuk oven, pemanas air, kiln, peralatan pengujian, dan perawatan industri lainnya - karena kualitas termal termokopel sangat rendah, dan kisaran suhu kerja (yang dapat diperpanjang hingga di atas 2300 derajat ) sangat luas:
sensor IC
Sensor IC dapat beroperasi dalam kisaran suhu {{0}} derajat C hingga+150 derajat C - dipilih|Sensor C dapat beroperasi hingga+200 derajat C. Ada berbagai jenis sensor IC terintegrasi, namun empat sensor IC terintegrasi yang paling umum adalah perangkat keluaran analog, perangkat antarmuka digital, sensor suhu jarak jauh, dan yang memiliki fungsi pengontrol suhu (sakelar suhu). Perangkat keluaran analog (biasanya keluaran tegangan, tetapi beberapa juga memiliki keluaran arus) paling mirip dengan solusi pasif ketika memerlukan ADC untuk mendigitalkan sinyal keluaran. Perangkat antarmuka digital paling sering menggunakan antarmuka dua kabel (12C atau PMBus) dan memiliki ADC bawaan. Selain sensor suhu lokal, sensor suhu jarak jauh juga memiliki satu atau lebih input untuk memantau suhu dioda jarak jauh - sensor ini paling sering ditempatkan di IC digital yang sangat terintegrasi (seperti prosesor atau field programmable gate arrays (FPGA)). Ketika ambang batas suhu tercapai, termostat dapat memberikan alarm sederhana. Ada banyak keuntungan menggunakan sensor IC, antara lain: konsumsi daya yang rendah; Dapat menyediakan produk kemasan kecil (beberapa ukuran sekecil 0.8mmx0.8mm); Biaya perangkat yang rendah juga dapat dicapai dalam aplikasi tertentu.