4種類の温度センサーのメリット・デメリット

4種類の温度センサーのメリット・デメリット
温度センサー製品を選択するのは簡単なことのように思えるかもしれませんが、さまざまな製品が入手できるため、この作業は非常に悩ましい場合があります。 この記事では、4 種類の温度センサー (測温抵抗体 (RTD)、熱電対、サーミスター、デジタルおよびアナログ インターフェイスを備えた集積回路 (IC) センサー) を紹介し、各センサーの長所と短所を検討します。
システムソフトウェアレベルの観点から、温度センサーがお客様のアプリケーションに適しているかどうかは、必要な温度範囲、精度、直線性、ソリューションのコスト、機能、電力、ソリューションの仕様、設置方法（表面実装方法、埋め込み穴挿入）によって決まります。方式、基板外付け方式）。 電源回路の設計容易性のレベルにも対応する必要があります。 （圧力伝送器）
測温抵抗体
RTD の抵抗の測定中に温度が変化すると、応答は基本的に線形で表され、抵抗として表されます。 図 1 に示すように、RTD の抵抗曲線は完全な直線ではなく、いくつかの偏差がありますが (使用した直線を示しています)、予測可能性と再現性は高くなります。 このわずかな非線形性を補償するために、多くの設計者は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ー内のルックアップ テーブルを使用して補正係数を適用します。 この広い温度範囲（約 -250 ℃ ～ +750 ℃）にわたる再現性と安定性により、RTD はパイプラインや大型コンテナ内の液体や気体の温度測定などの音響精密アプリケーションで非常に役立ちます。
RTD アナログ信号の処理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。 固有のエラーを生成するアンプやアナログデジタルコンバータ (ADC) などのコンポーネントが必要です。 測定が必要な場合にのみセンサーに電力を供給します。この方法でも低電力動作を実現できますが、回路がより複雑になります。 さらに、コントローラーを接続するために必要な出力電力によって内部温度が上昇する可能性もあり、その結果、正確な測定の精度が危険にさらされることになります。 わずか数 mAh の電流では、この種の自己発熱効果により温度偏差が発生します (これは修正可能ですが、さらに考慮する必要があります)。 さらに、巻線プラチナ RTD または薄膜 RTD のコストは、特に集積回路センサーのコストと比較して非常に高価である可能性があることに注意してください。

サーミスター
サーミスターは、抵抗器タイプのコントローラーの別のタイプです。 サーミスタには高品質・低価格品から高精度品まで数多くの種類があります。 低コスト、低精度のサーミスタは、シンプルかつ正確な測定またはしきい値検証機能を実行できます。このタイプのバリスタにはいくつかのコンポーネント (コンパレータ、リファレンス、ディスクリート バリスタなど) が必要ですが、コスト効率が非常に高く、ディスクリートの抵抗温度特性を備えています。図 2 に示すように、広範囲の温度を正確に測定する必要がある場合は、多くの線形化ソリューションを実行する必要があります。 複数の温度ポイントを効果的に補正する必要があります。 より高い精度を達成するには、より高価で公差の小さいサーミスタ アレイを使用して、この非線形問題を解決することができますが、これらのアレイは通常、個々のサーミスタほど感度が高くありません。
マルチトリップポイントシステムの複雑さとコストの増加により、低コストのサーミスタは通常、トースター、コーヒーメーカー、冷蔵庫、ヘアドライヤーなど、機能要件が最も低いアプリケーションにのみ使用されます。 さらに、サーミスタは自己発熱という課題に直面することもあります (通常、抵抗値が低い場合、温度が高くなります)。 RTD と同様に、低電源電圧でサーミスタを使用できない根本原因は見つかっていませんが、完全な比例出力が低いほど、アナログ - デジタルの特性によって直接変換されるシステムの感度が低下することを覚えておいてください。コンバーター (ADC)。 この低電力アプリケーションでは、回路の複雑性を高める必要があるため、ノイズエラーの影響を非常に受けやすくなります。 サーミスターは -100 度から +500 度の温度範囲で動作できますが、ほとんどのサーミスターの定格最大動作温度範囲は +100 度から +1509 度です
白金サーミスタ
熱電対には、異なる材料で作られた 2 本のワイヤの接合部が含まれています。 たとえば、タイプの熱電対は鉄とコンスタンタンで構成されます。 接点 1 は測定された温度にありますが、接点 2 と接点 3 は LM35 アナログ温度センサーによって測定された異なる温度にあります。 出力電圧は、これら 2 つの温度値の差にほぼ比例します。
プラチナ サーミスタの感度は非常に低いため (摂氏あたり数十マイクロボルトという重い範囲)、使用可能な出力動作電圧を生成するには、低オフセット アンプを使用する必要があります。 熱電対の動作範囲内では、温度電圧伝達関数の非直線性のため、通常、RTD や熱電対と同様に、補償回路またはルックアップ テーブルが必要です。 この欠陥にもかかわらず、白金サーミスタは依然として非常にファッショナブルであることはほとんど知られていませんでした。白金サーミスタの熱品質は非常に低いため、特に電気オーブン、給湯器、電気ヒーター、窯、試験装置、その他の工業生産ソリューションなどの用途で使用されています。 、動作温度範囲 (動作温度は約 2300 度まで拡張可能) は非常に複雑です (温度センサー)

ICコントローラ
IC センサーは、-55 ℃ ～ +150 ℃の温度範囲内で動作します。 C センサーは最大 +200 度で動作します。 統合型 IC センサーにはさまざまな種類がありますが、最も一般的なのは、アナログ出力デバイス、デジタル インターフェイス デバイス、リモート温度センサー、および温度調整機能を備えた統合型 IC センサーの 4 つです。 Cセンサー（温度スイッチ）。 ADC を使用して出力データ信号をインテリジェントに解決する場合、提案されている出力コンポーネント (通常は動作電圧出力ですが、一部にはバックアップ パワーフロー出力もあります) は受動的なソリューションである可能性が最も高くなります。 デジタル インターフェイス デバイスは通常、ADC を内蔵したデュアル ワイヤ インターフェイス (12C または PMBus) を使用します。
ローカル温度センサーに加えて、リモート温度センサーにはリモート ダイオードの温度を監視するためのパスまたは複数の入力もあり、最も高度に統合されたデジタル IC (プロセッサーやフィールド プログラマブル ゲート アレイ [FPGA] など) に配置されています。 温度レギュレータは、温度しきい値に達したときに簡単なアラームを発行できます。
集積回路センサーを使用することには、次のような多くの利点があります。 小型パッケージ製品を提供可能（一部のサイズは {{0}.8mm x 0.8mm）。 一部のアプリケーションでは、低いデバイスコストも実現できます。 さらに、集積回路センサーは製造テスト中に校正されるため、さらなる校正は必要ありません。 これらは、フィットネス追跡アプリケーション、ウェアラブル製品、コンピューティング システム、データ レコーダー、および自動車アプリケーションで一般的に使用されています。
経験豊富な回路基板設計者は、最終製品の要件に基づいて最適なソリューションを使用します。 表 1 は、各温度センサーの相対的な利点と労働可能性を示しています。 (圧力センサー)
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