主流の4つの温度センサーの長所と短所の比較

温度感知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、入手可能な製品が多様であるため、この作業は非常に困難な場合があります。 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、各種類のセンサーの長所と短所について説明します。
システムレベルの観点から、温度センサーが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、消費電力、ソリューションのサイズ、設置方法（表面実装方法、スルーホール挿入方法）によって異なります。 、基板外付け方式）、回路設計支援のしやすさを実現しました。 測温抵抗体
温度を変化させながら RTD の抵抗を測定すると、応答はほぼ線形になり、抵抗器のように機能します。 図 1 に示すように、RTD の抵抗曲線は完全な直線ではなく、多少の偏差があります (基準として使用される直線を示しています)。ただし、予測可能性と検証可能性は高くなります。 このわずかな非線形性を補償するために、ほとんど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。 広い温度範囲（約 -250 ℃ ～ +750 ℃）での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高精度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、一般にアプリケーションによって異なります。 アンプやアナログデジタルコンバーター (ADC) など、独自の誤差を生成するコンポーネントは不可欠です。 測定に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、センサーの電源を入れるのに必要な電力によって内部温度も上昇し、測定精度に影響を与えます。 わずか数アンペアの電流では、この自己発熱効果によって温度誤差が発生します (これらの誤差は修正可能ですが、さらなる検討が必要です)。 また、巻線プラチナ RTD または薄膜 RTD のコストは、特に I センサーのコストと比較した場合、非常に高くな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、別のタイプの陽性センサーです。 サーミスタはコストパフォーマンスの高いものから高精度なものまで、さまざまな種類があります。 低コストで低精度のサーミスタは、簡単な測定または各国値検出機能を実行できます。これらのタイプの抵抗器には複数のコンポーネント (コンパレータ、基準抵抗器、ディスクリート抵抗器など) が必要ですが、非常に安価で、図に示すように非線形の抵抗温度特性を備えています。 2. 広範囲の温度を測定する必要がある場合は、多くの線形化作業を実行する必要があります。 いくつかの温度ポイントの校正が必要になる場合があります。 より高い精度を達成するには、より高価で公差の厳しいサ​​ーミスタ アレイを使用してこの非線形問題を解決できますが、このアレイは通常、単一のサーミスタよりも感度が低くなります。

マルチジャン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、機能要件が最小限のアプリケーションにのみ使用されます。 さらに、サーミスタには自己発熱の問題もあります (通常、抵抗が低い場合、高温で発生します)。 RTD の場合と同様、低電圧でサーミスタを使用できない根本原因はまだ特定されていません。ただし、フルスケール出力が低いほど、出力に基づいて直接変換されるシステム感度も低くなることを覚えておいてください。アナログデジタルコンバータ（ADC）の特性。 低電力アプリケーションでは、ノイズによって引き起こされるエラーに対して非常に敏感になるために、回路の複雑性を高める必要もあります。 サーミスターは -100 ℃～+500 ℃の温度範囲で動作しますが、ほとんどのサーミスターの定格最大動作温度範囲は +100 ℃～+150 ℃ 熱電対です
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。 例えば、a)タイプの熱電対は鉄とコンスタンタンで作られています。 図 3 に示すように、接点 1 は測定対象の温度に配置され、接点 2 と接点 3 は LM35 アナログ温度センサーを使用して測定された異なる温度に配置されています。 出力電圧は、これら 2 つの温度値の差にほぼ比例します。
熱電対の感度は非常に低いため (摂氏 1 度あたり数十マイクロボルト程度)、使用可能な出力電圧を生成するには低オフセット アンプが必要になります。 熱電対の動作範囲内では、温度から電圧への伝達関数の非線形性により、多くの場合、RTD や熱電対と同様に、補償回路またはルックアップ テーブルが必要になります。 しかし、これらの欠点にもかかわらず、熱電対は依然として非常に人気があり、特にオーブン、給湯器、窯、試験装置、その他の工業的処理に適しています。これは、熱電対の熱品質が非常に低く、使用温度範囲 (拡張可能) があるためです。 2300 度以上まで) は非常に広範囲です:
ICセンサー
IC センサーは、{{0}} ℃ ～ +150 ℃の温度範囲内で動作します - 選択済み|C センサーは、最大 +200 ℃で動作します。統合型 IC センサーにはさまざまなタイプがありますが、最も一般的な 4 つの統合型 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、および温度コントローラー機能を備えたセンサーです。 (温度スイッチ)。 アナログ出力デバイス (通常は電圧出力ですが、電流出力を持つものもあります) は、出力信号をデジタル化するために ADC が必要な場合、受動的ソリューションに最も似ています。 デジタル インターフェイス デバイスは、最も一般的に 2 線式インターフェイス (12C または PMBus) を使用し、ADC が組み込まれています。 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 1 つ以上の入力もあります。これらは、最も一般的には、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) に配置されます。 温度閾値に達すると、サーモスタットは簡単なアラームを発します。 IC センサーの使用には、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できます（一部のサイズは 0.8mmx0.8mm）。 特定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。