Selección de sensor de temperatura para rango de temperatura de 160°C a 240°C con una precisión de 1°C

Question

Estoy intentando seleccionar un sensor de temperatura para una aplicación de calefacción controlada. El sensor deberá ser insertado en una cámara con un calentador de cartucho y rodamientos de bolas de acero dentro de un tubo de acero inoxidable. Me gustaría cumplir con las siguientes especificaciones:

1. Control de temperatura entre 160.0 y 240.0°C
2. Precisión de temperatura de +/-1.0°C (en el rango mencionado)
3. Constante de tiempo térmico <250 ms para el sensor de temperatura

Todo lo que he leído/calculado hasta ahora me ha llevado a creer que puedo lograr lo que me gustaría con un termopar tipo J o K con compensación de unión fría apropiada y un enlace térmico correcto dentro de la cámara, mientras se utiliza un ADC de 12 bits con mapeo de acondicionamiento de señal de 0-4.5V a 140.0-260.0°C. Basándome en los comentarios, se ajustará el ciclo de trabajo del calentador de cartucho. Mis preguntas son:

1. ¿Debería considerar otros tipos de sensores (¿he pasado por alto algo crítico en la selección del sensor)?
2. ¿Qué aspectos del diseño serán los más críticos para obtener lecturas de temperatura lo más precisas posible? (Anillos de protección, enrutamiento de corriente de retorno, etc.)

Answer 1

Un termopar es probablemente el mejor sensor disponible para ese conjunto de requisitos, pero requiere un diseño cuidadoso de las uniones frías y los sensores asociados de CJC y EMFs térmicos. No se requieren anillos de protección, los termopares son fuentes de impedancia muy baja.

Si puedes conectar eléctricamente la unión a la masa que se está controlando, obtendrás una respuesta más rápida, pero tal vez tengas que flotar el extremo frontal, etc.

Es difícil garantizar una precisión absoluta de 1 grado Celsius (recuerda que esto incluye los límites de error del cable, la concordancia de los cables de extensión, cualquier enchufe, zócalo, errores del sensor de la unión fría, así como los errores del amplificador y ADC y la linealización) sin embargo, con un diseño cuidadoso, la estabilidad de << 1 °C no es tan difícil.

Hay muchos controladores comerciales bien diseñados que incluyen aislamiento, y muchos realmente malos y baratos en el mercado, podrías considerar usar uno decente en lugar de ir al nivel de componentes para esta función común.

También podrías considerar un RTD de película delgada si pudieras acoplarlo térmicamente y ajustarlo. El trabajo de diseño para la circuitería entonces se vuelve casi de nivel de becario.

Como nota al margen, debes asegurarte de que el acoplamiento térmico de los devanados dentro del calentador de cartucho sea lo mejor posible a la vaina, de lo contrario, degradarás considerablemente la respuesta de control.

Answer 2

Además de la respuesta de Sphero

¿Debo considerar otros tipos de sensores (he pasado por alto algo crítico en mi selección de sensores)?

Use termopares si necesita un rango alto de 100 grados Celsius a ~2000C y una precisión de 1C, también use termopares por su costo.

Use RTD's si necesita un rango de 100 grados Celsius, pero son los más costosos

Use termistores para precisión pero el rango se limita a ~250C

Fuente: https://www.omega.co.uk/temperature/z/thermocouple-rtd.html

¿Qué aspectos del diseño serán los más críticos para obtener las lecturas de temperatura más precisas posibles? (Anillos de protección, enrutamiento de corriente de retorno, etc.)

Lo más importante es usar los conectores adecuados con los termopares, ya que deben coincidir.

Incluso con los termistores he tenido problemas con mediciones a niveles muy bajos y conectores con FEM térmica.