هناك أنواع مختلفة من تكنولوجيات الاستشعار والاختلافات الكبيرة في الطلب الصناعي، مما يجعل من الصعب للغاية اختيار أفضل مستشعر درجة الحرارة لتطبيقات محددة.,العديد من التطبيقات تتطلب قراءات دقيقة، لذلك من الضروري تقييم المنتجات المختلفة الموجودة.
عند اختيار أجهزة استشعار درجة الحرارة ، من الضروري تحقيق التوازن بين عوامل متعددة لتلبية متطلبات التصميم: الدقة ، وقت الاستجابة ، بروتوكول الاتصال ، التسامح البيئي ،استهلاك الطاقةعادة ما تنقسم أجهزة الاستشعار إلى أربعة أنواع من مخرجات الجهد التناظري ونوع واحد من مخرجات الإشارة الرقمية:
الحرارة: مع مجموعة واسعة من درجات الحرارة ومتانة، فإنه يمكن أن يقيس درجات الحرارة من منخفضة إلى أكثر من +1800 درجة مئوية. الحرارة قوية ودائمة،قادرة على تحمل البيئات القاسية والاستجابة بسرعة للتغيرات السريعة في درجة الحرارةومع ذلك، دقة واستقرارهم ليست جيدة مثل أجهزة الاستشعار الأخرى، وأنها تتطلب تكييف الإشارة.الحرارة مناسبة للغاية للصناعات الثقيلة مثل صناعة الصلب والزجاج، وكذلك الأجهزة المنزلية والتجارية عالية الحرارة.
كاشف درجة الحرارة المقاومة (RTD): مع دقة عالية واستقرار ، فهي مناسبة للغاية لأتمتة الصناعة ومجالات التحكم في العمليات التي تتطلب دقة عالية للغاية.تستخدم تقنية التطوير والتطوير بشكل شائع في صناعات الأغذية والصيدلة لتحقيق سيطرة دقيقة على درجة الحرارة خلال عمليات مثل صنع الجعة، التطهير، والقلي. يمكن أن يوفر التكنولوجيا الابتكارية قياس دقيق لدرجة الحرارة لأنظمة HVAC، وكذلك المختبرات والمعدات الطبية مثل الحاضنات والأدوات التحليلية.بالمقارنة مع البدائل مثل الحرارة، قد يكون لـ RTD تكاليف أعلى وأكثر هشاشة بسبب اعتمادهم على أسلاك رقيقة أو عناصر الكشف عن الألواح الرقيقة. عادة ما يستخدم RTD في تركيبة مع دوائر قياس دقة ،مما يزيد من تعقيد وتكلفة التصميم.
الحرارة: مقاومة مصنوعة من أشباه الموصلات، مع قيمة المقاومة التي تتغير مع درجة الحرارة والحساسية العالية.تغيرات درجة الحرارة الصغيرة وتغيرات المقاومة الكبيرة تمكن الكشف عن تقلبات درجة الحرارة الصغيرة بدقة عاليةالحرارة لديها حجم صغير، سرعة استجابة سريعة، وتكلفة منخفضة، تغطي مواصفات مختلفة من الكرات الدقيقة إلى المسبارات الأكبر.الحرارة مناسبة للتطبيقات مع نطاق درجة حرارة محدودة، عادة ما تتراوح درجات الحرارة بين -50 درجة مئوية و 150 درجة مئوية. تتوفر على مجموعة واسعة من التطبيقات ، بما في ذلك الأجهزة الطبية والإلكترونيات الاستهلاكية المتعلقة بدرجة الحرارة البيئية أو البشرية ،وكذلك تطبيقات السيارات، أنظمة إدارة البطارية، الإلكترونيات الاستهلاكية، الكشف عن الحريق والدخان، ومجالات أخرى.منحنى المقاومة غير الخطي للمحافظات الحرارية يتطلب صيغ التحويل أو جداول البحث لتحويل قيمة المقاومة بدقة إلى درجة الحرارة، وبالمقارنة مع RTDs ، يمكن أن تتحرك الحرارة مع مرور الوقت.
مستشعر درجة الحرارة للديود: مع سرعة الاستجابة السريعة وحجم أصغر مقارنة مع أجهزة الاستشعار التناظرية الثلاثة الأخرى ، يمكن توصيلها بسهولة إلى أجهزة التحكم الصغيرة ، ومحولات التناظرية إلى الرقمية (ADCs) ،و الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات (ASICs)جهاز استشعار درجة الحرارة ذو الديود لديه كفاءة عالية من حيث التكلفة، مع نطاق درجة الحرارة المحدودة من -55 ° C إلى + 150 ° C. يمكن استخدامها على نطاق واسع في العديد من المجالات مثل الإلكترونيات الاستهلاكية،الأتمتة الصناعية، أنظمة تخزين مراكز البيانات والسيارات. هذا النوع من أجهزة الاستشعار لديه دقة أقل من RTD،وعادة ما يتطلب المعايرة لضمان قراءات متسقة بين الأجهزة المختلفة.
جهاز استشعار درجة الحرارة الرقمي: نوع من الدوائر المتكاملة (IC) المستخدمة لقياس درجة الحرارة وتوفير مخرجات رقمية مباشرة.عادةً ما تنقل البيانات عبر بروتوكولات الاتصال القياسية مثل SMBusأجهزة الاستشعار الرقمية لا تتطلب تكييف إشارة خارجية أو تضخيم أو تحويل تشبيه إلى رقمي مثل أجهزة الاستشعار التشبهية.
مبدأ الاختيار
اختيار مستشعر درجة الحرارة المناسبة يتطلب توازن بين الدقة، وقت الاستجابة، المتانة، والتكلفة،أو اختيار المكونات المناسبة وفقًا لمتطلبات الصناعة الخاصة.
تلعب بيئة العمل التي يتم فيها اختيار جهاز استشعار درجة الحرارة دورًا حاسمًا. في البيئات القاسية ، هناك حاجة إلى أجهزة استشعار قوية ودائمة مثل العاملات الحرارية أو أجهزة RTD المطلية ،في حين أن أجهزة التحكم بالحرارة أو أجهزة استشعار أشباه الموصلات هي أكثر ملاءمة للبيئات الخاضعة للرقابةالتكلفة والقدرة على التوسع هي أيضا عوامل للنظر فيها في الإنتاج الضخم - الحرارة هي فعالة من حيث التكلفة، في حين أن RTDs والحرارة المتطورة لديها استقرار طويل الأجل.
المقايضة بين الدقة والعملية مهمة بنفس القدر بالنسبة للمصممين في عملية الاختيار الخاصة بهم.لكن دقةهم منخفضة نسبياًوقت الاستجابة والموقع مهمان بنفس القدر - أجهزة استشعار خفيفة الوزن مثل المزدوج الحراري والمحاور الحرارية لها سرعات استجابة سريعة ، ولكن موقع التثبيت قد يؤثر على الأداء.
تكلفة أجهزة الاستشعار والدوائر المرتبطة بها سوف تؤثر بشكل كبير على الاختيار ، وخاصة في المنتجات الاستهلاكية أو الإنتاج الضخم. تختلف تكلفة أنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار اختلافا كبيرا.أجهزة الاستشعار التناظرية تتطلب تكييف الإشارة، في حين أن أجهزة الاستشعار الرقمية يمكن أن تبسط التكامل. يمكن أن يقلل تقليل الدوائر التناظرية وعمل المعايرة من التكاليف الإجمالية ، حتى لو كان اختيار أجهزة الاستشعار الرقمية ذات التكلفة العالية قليلاً معقولًا.
أجهزة الاستشعار الرقمية وخصائصها
تحويل أجهزة الاستشعار الرقمية للإشارات التناظرية داخلياً ونقل البيانات في شكل تيار رقمي، عادة مع مقاومة أفضل للضوضاء والقدرة على أداء معالجة بيانات أكثر تعقيداً.الأجهزة التناظرية، Inc. (ADI) تقدم مجموعة واسعة من تركيبات منتجات أجهزة استشعار درجة الحرارة التناظرية والرقمية ، ويجب على المصممين تقييم منتج أفضل تلبية لاحتياجات تطبيقاتهم.أدناه مقدمة موجزة لبعض أجهزة الاستشعار الرقمية.
إذا كانت القراءات الدقيقة لدرجة الحرارة مطلوبة ، فقد تكون الدقة هي عامل الاختيار الأكثر أهمية. جهاز الاستشعار الرقمي MAX31888 من ADI له دقة ± 0.25 درجة مئوية في النطاق من -20 درجة مئوية إلى + 105 درجة مئوية ،ويمكن أن تتواصل مع وحدة تحكم صغيرة من خلال حافلة 1-Wire لتحقيق دائرة مراقبة درجة الحرارة عالية الدقة (الشكل 1)كل MAX31888 لديه رقم تسجيل فريد من نوعه 64 بت يستخدم كعنوان عقدة في شبكة خط واحد متعددة النقاط.