notizie sull'azienda Sensore di temperatura: qualcosa che dovete sapere

Un sensore di temperatura è un dispositivo che converte i segnali di temperatura in segnali elettrici misurabili (come tensione, corrente, resistenza o segnali digitali) ed è ampiamente utilizzato nell'automazione industriale, nell'elettronica di consumo, nelle apparecchiature mediche, nell'elettronica automobilistica, nel monitoraggio ambientale e in altri settori.

1. Classificazione

I sensori di temperatura possono essere classificati in base ai metodi di misurazione e ai principi di funzionamento:

1.1 Classificazione per metodo di misurazione

Sensori di temperatura a contatto

Il sensore entra direttamente in contatto con l'oggetto misurato e misura la temperatura attraverso la conduzione del calore. Il vantaggio è l'elevata precisione di misurazione, adatta per la misurazione della temperatura di liquidi e solidi, ma la velocità di risposta è relativamente lenta e può essere influenzata dall'ambiente. Le applicazioni tipiche includono termocoppie, RTD (termoresistenze) e termistori.

Sensore di temperatura senza contatto

Misura la temperatura rilevando la radiazione infrarossa emessa da un oggetto, senza contatto fisico. Il vantaggio è che ha un tempo di risposta rapido e non interferisce con l'oggetto misurato. Tuttavia, la precisione della misurazione è influenzata dall'emissività della superficie dell'oggetto. Le applicazioni tipiche includono termometri a infrarossi e termocamere.

1.2 Classificazione per principio di funzionamento

(1) Termocoppia

Una termocoppia si basa sull'effetto Seebeck, in cui un potenziale elettrico viene generato all'intersezione di due metalli diversi a causa della differenza di temperatura.

- Ampio intervallo di misurazione (-200°C ~ 2300°C), adatto per ambienti con temperature estreme.

- Tempo di risposta rapido (livello di millisecondi), resistente alle alte temperature e alle vibrazioni.

- Tuttavia, la precisione è relativamente bassa (±1°C ~ ±5°C) ed è necessaria la compensazione del giunto freddo.

Tipi comuni

- Termocoppia di tipo K (nichel-cromo - nichel-silicio): la più comunemente usata, adatta per -200°C a 1260°C.

- Termocoppia di tipo J (ferro - rame-nichel): Adatta per ambienti riducenti, 0°C a 760°C.

- Termocoppia di tipo T (rame - rame-nichel): Adatta per misurazioni a bassa temperatura, -200°C a 350°C.

- Termocoppia di tipo S/R (platino-rodio - platino): Utilizzata per misurazioni ad alta temperatura (0°C a 1600°C), alta precisione ma costo elevato.

(2) Termoresistenza (RTD, Resistance Temperature Detector)

L'RTD misura utilizzando la caratteristica che la resistenza dei metalli (come platino, rame e nichel) cambia con la temperatura.

Caratteristiche

- Alta precisione (±0.1°C ~ ±0.5°C), buona stabilità, adatta per il monitoraggio a lungo termine.

- Ampio intervallo di misurazione (-200°C ~ 850°C).

- Tuttavia, la risposta è relativamente lenta (livello di secondi), costosa e richiede una sorgente di corrente costante per l'azionamento.

Tipi comuni

- PT100 (resistenza al platino, 100Ω a 0°C): Standard industriale, buona linearità.

- PT1000 (resistenza al platino, 1000Ω a 0°C): Maggiore sensibilità, adatta per la trasmissione a lunga distanza.

- Cu50 (resistenza al rame, 50Ω a 0°C): Costo inferiore, ma intervallo di temperatura più ristretto.

(3) Termistori

I termistori sono dispositivi a semiconduttore la cui resistenza cambia significativamente con la temperatura e sono classificati come NTC (coefficiente di temperatura negativo) e PTC (coefficiente di temperatura positivo).

Termistori NTC

La resistenza diminuisce all'aumentare della temperatura, con alta sensibilità (±0.05°C).

- Tuttavia, hanno una forte non linearità e richiedono tabelle di ricerca o l'equazione di Steinhart-Hart per la conversione.

Applicazioni tipiche: termometri elettronici, monitoraggio della temperatura delle batterie al litio.

Termistori PTC

La resistenza aumenta bruscamente a una temperatura specifica e vengono spesso utilizzati per la protezione da sovratemperatura.

Applicazioni tipiche: protezione da surriscaldamento del motore, fusibile a ripristino automatico.

(4) Sensore di temperatura digitale

Il sensore di temperatura digitale integra un ADC e interfacce digitali (come I2C, SPI, 1-Wire), emettendo direttamente segnali digitali senza la necessità di circuiti aggiuntivi di condizionamento del segnale.

Caratteristiche

- Forte capacità anti-interferenza, adatta per sistemi embedded.

- Nessuna calibrazione richiesta, facile da usare.

(5) Sensore di temperatura a infrarossi (termometro IR)

Il sensore a infrarossi misura la temperatura rilevando la radiazione infrarossa emessa dagli oggetti (con una lunghezza d'onda da 3 a 14 µm).

Caratteristiche

- Misurazione senza contatto, con risposta estremamente rapida (nell'ordine dei millisecondi).

- Tuttavia, la precisione della misurazione è influenzata dall'emissività della superficie dell'oggetto (ad esempio, i metalli richiedono compensazione).

Applicazioni tipiche

- Pistole per la misurazione della temperatura corporea (come MLX90614).

- Termografia di apparecchiature industriali (come termocamere FLIR).

Parametri chiave di prestazione dei sensori di temperatura

- Intervallo di misurazione: l'intervallo di temperatura entro il quale il sensore può funzionare normalmente, ad esempio le termocoppie possono raggiungere fino a 2300°C, mentre l'NTC è solitamente limitato a -50°C a 150°C.

- Precisione: l'intervallo di errore di misurazione, ad esempio l'RTD può raggiungere ±0.1°C, mentre le termocoppie sono generalmente ±1°C a ±5°C.

- Risoluzione: la variazione di temperatura minima rilevabile, i sensori ad alta precisione possono raggiungere 0.01°C.

- Tempo di risposta: il tempo necessario affinché la variazione di temperatura si stabilizzi nell'uscita, le termocoppie possono raggiungere il livello dei millisecondi, mentre l'RTD è solitamente a livello di secondi.

- Linearità: se l'uscita è lineare con la temperatura, l'RTD ha una migliore linearità, mentre l'NTC ha una maggiore non linearità.

- Stabilità a lungo termine: il grado di deriva del sensore nel tempo, la resistenza al platino <0.1°C/anno.

Guida alla selezione dei sensori di temperatura

1. Intervallo di temperatura: selezionare la termocoppia per alte temperature, RTD o NTC per basse temperature.

2. Requisiti di precisione: selezionare RTD per alta precisione, NTC per basso costo.

3. Velocità di risposta: selezionare la termocoppia o il sensore a infrarossi per una misurazione rapida.

4. Fattori ambientali: selezionare la termocoppia corazzata per ambienti corrosivi, l'imballaggio impermeabile per ambienti umidi.

5. Segnale di uscita: i sistemi embedded preferiscono i sensori digitali (I2C/SPI).