Cách chọn cảm biến nhiệt độ tối ưu
Cách chọn cảm biến nhiệt độ tối ưu
Khi thiết kế mạch phát hiện nhiệt độ , điều quan trọng là bạn không phải trả nhiều hơn những gì thực sự cần thiết. Bằng cách hiểu các yêu cầu của ứng dụng, một cảm biến nhiệt độ tối ưu có thể được chọn để giảm thiểu chi phí mà không ảnh hưởng đến hiệu suất , độ chính xác hoặc độ tin cậy. Có một số yếu tố cần xem xét khi chọn cảm biến. Chúng được phác thảo trong bảng dưới đây.
Lựa chọn cảm biến nhiệt độ
Phạm vi nhiệt độ
Cân nhắc đầu tiên khi chọn cảm biến nhiệt độ là phạm vi nhiệt độ . Ví dụ, đối với môi trường hoạt động trên 1000 ° C, cặp nhiệt điện thường là lựa chọn duy nhất. Tuy nhiên, chỉ có một vài ứng dụng liên quan đến nhiệt độ khắc nghiệt như vậy.
Đối với hầu hết các hệ thống nhúng công nghiệp, y tế, ô tô, tiêu dùng và nói chung, phạm vi nhiệt độ hoạt động điển hình hẹp hơn nhiều. Khi các thành phần dựa trên chất bán dẫn được sử dụng, phạm vi thậm chí còn hạn chế hơn. Ví dụ: MCU cho các ứng dụng thương mại và tiêu dùng được đánh giá ở mức 0 ° C đến 85 ° C. MCU cho các ứng dụng công nghiệp mở rộng phạm vi đến -40 ° C đến 100 ° C trong khi MCU ô tô cần hoạt động từ -40 ° C đến 125 ° C. Vì vậy, các kỹ sư thường có tùy chọn sử dụng bất kỳ loại cảm biến nhiệt độ tiêu chuẩn nào.
Bao bì
Một thành phần phát hiện nhiệt độ cần bao bì khác nhau, tùy thuộc vào những gì được đo. Ví dụ, một cảm biến dựa trên chất bán dẫn không thể được nhúng trực tiếp vào dầu nóng.
Một cảm biến chi phí thấp có thể được bảo vệ bởi một lớp phủ epoxy . Đối với hoạt động nhiệt độ cao hơn, các cảm biến nhiệt độ có thể được niêm phong kín trong kính . Điều này cũng bảo vệ chúng khỏi các yếu tố môi trường khác, bao gồm cả chất lỏng và mảnh vụn. Các cảm biến có thể được đặt trong vỏ thép không gỉ cho độ bền cao hơn. Nhà ở càng phức tạp, chi phí cho cảm biến càng lớn.
Các cảm biến cũng có nhiều hình dạng và kích cỡ. Chọn cảm biến thích hợp cho một ứng dụng có thể cải thiện hiệu suất, khả năng phản hồi và độ tin cậy. Ví dụ, tất cả các cảm biến nhiệt độ có thể tự sưởi ấm do năng lượng chạy qua chúng. Tự sưởi ấm này làm tăng nhiệt độ môi trường xung quanh cảm biến, do đó gây ra lỗi và độ chính xác tác động tiêu cực.
Với một nhiệt điện trở NTC , khối lượng của cảm biến có thể được tăng lên để giảm các lỗi do tự sưởi ấm . Ngay cả một thay đổi nhỏ về kích thước cũng có thể có tác động lớn trong việc giảm khả năng tự sưởi ấm. Ví dụ, một nhiệt điện trở 3 x 3 x 3 mm có khối lượng / khối lượng lớn hơn 3 lần so với một nhiệt điện trở 2 x 2 x 2 mm. Tính linh hoạt này chỉ có thể với một nhiệt điện trở. Các cảm biến dựa trên chất bán dẫn bởi bản chất của chúng được cố định về kích thước. Vì cả RTD và cặp nhiệt điện đều dựa trên dây, điều này hạn chế khả năng điều chỉnh khối lượng của động cơ để giảm lỗi tự sưởi ấm.
Ổn định
Một cảm biến nhiệt độ có thể trôi theo thời gian, tùy thuộc vào vật liệu, cấu trúc và bao bì được sử dụng. Ví dụ, một nhiệt điện trở NTC được phủ epoxy thay đổi 0,2 ° C / năm trong khi một nhiệt điện kín được thay đổi chỉ 0,02 ° C / năm . Platinum RTD cung cấp sự ổn định tuyệt vời là: 0,05 ° C / năm cho phim và 0,002 ° C / năm cho dây đầy đủ. Cả hai cảm biến dựa trên cặp nhiệt điện và chất bán dẫn có độ ổn định thấp hơn nhiều ở 1 ° C và 2 ° C / năm .
Sự ổn định là quan trọng trong các ứng dụng cần phải hoạt động trong nhiều năm. Ảnh hưởng của sự ổn định có thể được giảm thiểu nếu hệ thống có thể được hiệu chỉnh theo thời gian, mặc dù điều này đi kèm với sự đánh đổi của việc giới thiệu độ phức tạp và chi phí bảo trì. Lý tưởng nhất là sự ổn định của hệ thống đủ để kéo dài trong suốt thời gian hoạt động dự kiến.
Sự chính xác
Nếu không có mạch phát hiện đáng tin cậy , chất lượng và độ tin cậy của điều khiển nhiệt độ và chức năng bù sẽ suy giảm. Có một số yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của mạch phát hiện nhiệt độ, bao gồm độ phân giải và độ phản hồi. Độ chính xác rõ ràng là một mối quan tâm đối với các ứng dụng yêu cầu kiểm soát nhiệt độ chính xác . Tuy nhiên, độ chính xác cũng có thể có đáng kể trong các ứng dụng trong đó nhiệt độ chỉ là mối quan tâm về độ tin cậy.
Hãy xem xét một hệ thống nhúng sử dụng quạt để giữ cho MCU không bị quá nóng và làm mất độ tin cậy . Quạt bật bất cứ khi nào vượt quá ngưỡng trên. Nếu sử dụng cặp nhiệt điện giá rẻ, độ chính xác của phép đo có thể bị giảm tới 5 ° C. Ngoài ra, khả năng đáp ứng của cặp nhiệt điện như vậy là theo thứ tự 20 giây. Điều này có nghĩa là khi vượt quá ngưỡng trên, nhiệt độ có thể đã tăng đều đặn trong 20 giây nữa trước khi hệ thống có thể đăng ký thay đổi. Nó cũng có thể mất thêm thời gian cho các biện pháp phòng ngừa để nỗ lực. Hơn nữa, với độ ổn định 1 ° C / năm, một thiết bị dự kiến hoạt động trong 10 năm sẽ cần tính đến một biến thể 10 ° C tiềm năng khác.
Khi chọn nhiệt độ ngưỡng trên, các kỹ sư phải tính đến việc mạch dò dựa trên cặp nhiệt điện này có thể chậm hơn 5 ° C và 20 giây so với hệ thống thực sự. Một giải pháp cho vấn đề chính xác là hiệu chỉnh mạch phát hiện trong quá trình sản xuất . Tuy nhiên, điều này thêm chi phí không mong muốn.
Thông thường hơn, các kỹ sư sẽ hạ ngưỡng trên xuống mức, để bù cho biến thiên 5 ° C và độ trễ 20 giây, hệ thống sẽ có ít cơ hội quá nhiệt vượt quá giới hạn độ tin cậy. Tuy nhiên, ngưỡng thấp hơn có nghĩa là các biện pháp phòng ngừa sẽ được ban hành sớm hơn so với yêu cầu với mạch phát hiện chính xác và nhạy hơn. Nó giống như chạy A / C khi bạn không phải. Việc sử dụng quá mức như vậy ảnh hưởng đến độ tin cậy của quạt và tiêu thụ nhiều năng lượng hơn mức cần thiết.
Một nhiệt điện trở NTC có thể đạt được độ chính xác cao nhất của các loại cảm biến cơ bản trong phạm vi -50 ° C đến 250 ° C. Độ chính xác dao động từ 0,05 đến 1,5 với độ ổn định lâu dài cao, tùy thuộc vào loại cảm biến và bao bì được sử dụng. Nhiệt kế NTC cũng cung cấp khả năng đáp ứng vượt trội , theo thứ tự 0,12 đến 10 giây. Tương phản điều này với khả năng đáp ứng rất chậm của RTD bạch kim hoặc máy phát hiện dựa trên chất bán dẫn ở mức 1 đến 50 giây và 5 đến 60+ giây. Vào thời điểm các thành phần khác đã đăng ký thay đổi nhiệt độ, mạch dựa trên nhiệt điện trở NTC đã cho phép hệ thống thực hiện hành động khắc phục.
Kết quả là với một nhiệt điện trở NTC, các kỹ sư có khả năng chọn ngưỡng trên chặt hơn , tối ưu hóa cả độ tin cậy của quạt và mức tiêu thụ điện. Ngoài ra, do khả năng đáp ứng nhanh và dải động rộng của điện trở đầu ra, nhiệt điện trở NTC có thể rất chính xác trong một phạm vi nhiệt độ nhỏ. Điều này làm cho chúng cực kỳ linh hoạt trên một loạt các ứng dụng nhúng.
Khả năng chống ồn
Có các yếu tố khác ảnh hưởng đến độ chính xác, bao gồm tính nhạy cảm với nhiễu điện và điện trở chì (nghĩa là tiếng ồn phát sinh từ các đạo trình phát ra từ thành phần cảm biến nhiệt độ). Mặc dù các cặp nhiệt điện không bị ảnh hưởng bởi điện trở chì, nhưng chúng dễ bị nhiễu điện nhất, đặc biệt là các cặp nhiệt điện lạnh. Các cảm biến dựa trên chất bán dẫn cũng không có điện trở dẫn nhưng khả năng chống nhiễu điện phụ thuộc vào cách bố trí bảng. Bạch kim RTD khá miễn nhiễm với nhiễu điệnnhưng chúng khá dễ bị nhiễu điện trở chì, đặc biệt là trong cấu hình 3 và 4 dây. Nhiệt điện trở NTC, vì điện trở ban đầu của chúng rất cao, có khả năng chống ồn tuyệt vời đối với cả nhiễu điện và kháng chì.
Giá cả
Chi phí cho mạch phát hiện nhiệt độ thường tăng với độ chính xác tăng cho một loại cảm biến cụ thể. Gói mạnh hơn cũng sẽ tăng chi phí. Đối với các ứng dụng trong phạm vi nhiệt độ từ -50 ° C đến 250 ° C, RTD bạch kim có chi phí cao nhất lên tới 6 đô la. Cảm biến dựa trên chất bán dẫn là cao nhất tiếp theo, khoảng $ 0,9. Cặp nhiệt điện có tiếng là chi phí thấp, nhưng thực sự có chi phí vừa phải ở mức 0,5 đô la. Nhiệt điện trở NTC có chi phí thấp nhất ở mức <$ 0,2 cho một cảm biến đóng gói kín bằng thủy tinh. Nếu ứng dụng không yêu cầu cảm biến kín, nhiệt điện trở NTC có thể nhỏ hơn 0,5 đô la mỗi khối.
About Blog của Huy
Không có nhận xét nào