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Sieben Aspekte der Gegenüberstellung von „digital“ und „analog“
Technologievergleich und Anwendungsüberlegungen
In der Vergangenheit wurde die Temperaturmessung primär durch die Auswertung von analogen Messkomponenten wie RTDs, NTCs oder Thermoelementen durchgeführt. Neue Anwendungsfälle wie das Internet der Dinge (IoT, Internet of Things) unterstützen die Implementierung digitaler Temperatursensoren in verschiedenen Branchen wie Industriesteuerungen, Verbrauchergeräte oder medizinische Instrumente und Systeme. Diese Anforderungen kombinieren die Benutzerfreundlichkeit mit anspruchsvoller Leistung und angemessenen Kosten, ohne dass zusätzliche Schaltungen zur Vorspannung der Messkomponenten oder zur Bestimmung der gemessenen Temperatur erforderlich sind. Darüber hinaus ist keine weitere Kalibrierung oder Linearisierung des wahrgenommenen Signals erforderlich, um wiederholbare und zuverlässige Ergebnisse zu gewinnen.
Kriterienvergleich mit analogen Sensoren
GENAUIGKEIT
| ANALOG | DIGITAL |
|---|---|
| Die Gesamtgenauigkeit des Systems ist zu berücksichtigen, da die Messschaltung einen gewissen Fehler zum Gesamtfehlerbudget hinzufügt. Daher beträgt die angegebene Genauigkeit des Sensorelements in der Regel nur 50 % des gesamten Fehlerbudgets. | Die Sensorgenauigkeit entspricht genau der Systemgenauigkeit, da keine weiteren Verluste durch Signalumwandlung auftreten. |
TEMPERATURBEREICH
| ANALOG | DIGITAL |
|---|---|
| Ultraniedrige bis ultrahohe Temperaturen. | Der nutzbare Temperaturbereich digitaler Sensoren ist in der Regel auf -40 °C bis +125/+150 °C begrenzt. |
STROMVERBRAUCH
| ANALOG | DIGITAL |
|---|---|
| Schaltungen wie Stromquellen werden zur Vorspannung der Sensorkomponente verwendet, was zu einem erheblichen Stromverbrauch führt. Zusätzliche Messfehler, die durch Selbsterhitzung entstehen, müssen ebenfalls berücksichtigt werden. | Strom wird in erster Linie nur verbraucht, wenn Messungen vorgenommen werden. Während der Abschaltzustände gibt es einen minimalen Stromverbrauch und eine vernachlässigbare Selbsterhitzung. |
DATENZUVERLÄSSIGKEIT
| ANALOG | DIGITAL |
|---|---|
| Der Kontakt mit dem zu messenden Objekt und der Leitungswiderstand können die Messgenauigkeit und -zuverlässigkeit aufgrund von Signalschwächung beeinträchtigen. Auch zusätzliche Störungen bzw. Rauschen oder Verschiebung der A/D-Wandlung sind Möglichkeiten für fehlerhafte Messwerte. | Die empfangenen Daten sind entweder gültig oder ungültig. Darüber hinaus können Prüfsummen (Fehlererkennungsalgorithmen) verwendet werden, um den Speicherinhalt sowie die übertragenen Daten selbst zu validieren. |
INTEGRATIONSBEMÜHUNGEN
| ANALOG | DIGITAL |
|---|---|
| Externe Schaltungen, die zum Antrieb und zur Bewertung der Sensorkomponente erforderlich sind. Firmware, die entwickelt werden soll, um die Temperatur in Bezug auf die gemessenen analogen Signale zu bestimmen. | Außer einem Mikrocontroller mit einfachen digitalen Schnittstellen wie I2C oder SPI sind keine zusätzlichen externen Komponenten erforderlich. |
GRÖSSE
| ANALOG | DIGITAL |
|---|---|
| Kleinste Größen bis zu <1 mm sind mit zwei Drahtkonfigurationen erhältlich. | Kontinuierliche Reduzierung der Siliziummatrize und damit der Gehäusegrößen. Gehäuseabmessungen bis zu 1,5 mm x 1,5 mm. |
KOSTEN
| ANALOG | DIGITAL |
|---|---|
| Die gesamten Systemkosten bestehen aus dem Sensorelement selbst, begleitet von Vorspannungsschaltungen, Qualitäts-A/D-Wandler usw. | Digitale Temperatursensoren sind preislich konkurrenzfähig und in den letzten Jahren günstiger geworden. |
Überlegungen zu Messung und Anwendung
ALLGEMEIN
Um die genauesten Temperaturmessergebnisse zu erzielen, finden Sie im Folgenden unsere Empfehlungen:
- Verwenden Sie eine stabile und störungs- bzw. rauschfreie Versorgungsspannung
- Platzieren Sie einen Keramikkondensator in der Nähe der Versorgungspins (siehe Datenblatt)
- Halten Sie die Versorgungsleitungen so kurz wie möglich
- Isolieren Sie den Sensor von jeder Wärmequelle, die nicht gemessen werden soll, einschließlich der Elektronik innerhalb der Baugruppe.
- Vermeiden Sie Luftströme, wenn die Leiterplattentemperatur gemessen werden soll
Selbsterhitzung
Die Selbsterhitzung wird durch den verbrauchten Strom erzeugt, während die Temperaturmessung durchgeführt wird. Digitale Temperatursensoren wie TSYS03 begrenzen diesen Effekt durch niedrigen Betriebs- und sehr niedrigen Standby-Strom. Dennoch wird empfohlen, die Aktualisierungsrate der Messungen zu begrenzen, um Selbsterhitzung zu vermeiden und die Lebensdauer batteriebetriebener Systeme zu verbessern.
Zeitkonstante
Die resultierende Reaktionszeit wird sowohl durch die thermische Masse als auch durch die thermische Leitfähigkeit des Sensormaterials sowie durch das Medium, dem der Sensor ausgesetzt ist, bestimmt. Die fortlaufende Reduzierung der Siliziummatrize und damit der Gehäusegrößen führt zu kürzeren Reaktionszeiten. Beide Sensoren wurden getestet, indem sie einem Luftstrom oder einer nichtleitenden Flüssigkeit ausgesetzt wurden, die ihre Temperatur von +25 °C bis +75 °C änderte.
Schlussfolgerung
Digitale Temperatursensoren sind eine vielseitige Lösung zur genauen, zuverlässigen und kostengünstigen Temperaturmessung und erfüllen die Anforderungen verschiedener Anwendungen und Märkte. TE zählt mittlerweile zu den größten Verbindungs- und Sensorunternehmen der Welt und bietet innovative Sensorlösungen, mit denen Kunden Konzepte in intelligente, vernetzte Systeme umsetzen können. Erfahren Sie hier mehr über das Portfolio digitaler Temperatursensoren von TE.
