Czujniki temperatury ±0,1 °C: nowości i pułapki precyzyjnego pomiaru

Temperatura to najczęściej mierzona wielkość fizyczna, a zarazem ta, którą najłatwiej zmierzyć źle. Producenci układów scalonych oferują dziś cyfrowe czujniki o dokładności, która jeszcze niedawno była zarezerwowana dla termometrów platynowych. Żeby ją wykorzystać, trzeba jednak zadbać o to, co dzieje się wokół czujnika.

Nowości i ważne punkty odniesienia

• TI TMP119 (nota katalogowa z 2024 roku): według producenta ±0,03 °C typowo i ±0,08 °C maksymalnie w zakresie 0–45 °C, rozdzielczość 0,0078 °C. Obudowa WCSP zaprojektowana z myślą o ograniczeniu wpływu naprężeń. Producent deklaruje, że każdy egzemplarz jest testowany na stanowisku zapewniającym spójność pomiarową z wzorcami krajowymi NIST.
• TI TMP118 (nota katalogowa z przełomu 2024 i 2025 roku): ±0,1 °C w wąskim zakresie temperatur ciała i otoczenia, powierzchnia około 0,34 mm² i wysokość poniżej 0,25 mm. Przeznaczony do urządzeń noszonych i miejsc, w których liczy się każdy ułamek milimetra.
• Sensirion STS4L (październik 2024): czujnik zoptymalizowany kosztowo, ±0,4 °C, obudowa 1,5 × 1,5 × 0,5 mm i deklarowany pobór prądu rzędu 0,4 µA. Przykład odwrotnego trendu: wystarczająca dokładność przy minimalnej cenie i energii.
• Czujniki do urządzeń noszonych, np. ADI MAX30208: ±0,1 °C w zakresie 30–50 °C, czyli tam, gdzie leży temperatura skóry.

Wspólna cecha: deklarowana najwyższa dokładność dotyczy zwykle wąskiego zakresu temperatur. Poza nim błąd graniczny bywa kilkukrotnie większy. Przy porównywaniu katalogów zawsze sprawdzaj, dla jakiego zakresu podano liczbę z pierwszej strony noty katalogowej.

Skąd naprawdę biorą się błędy

Przy czujniku klasy ±0,1 °C w budżecie błędu zwykle dominują czynniki zewnętrzne:

• Samonagrzewanie: czujnik zasilany ciągle i odpytywany często nagrzewa się sam. Pomagają tryb jednorazowego pomiaru i rzadsze odczyty.
• Przewodzenie ciepła przez PCB: miedź doskonale przewodzi ciepło, więc pole masy łączy czujnik z procesorem, stabilizatorem i baterią. Stosuje się wycięcia w laminacie, cienkie ścieżki i odsunięcie od źródeł ciepła.
• Kontakt termiczny z obiektem: przy pomiarze temperatury powierzchni (skóry, rury, obudowy) decydują docisk, pasta lub klej termoprzewodzący i izolacja od otoczenia.
• Promieniowanie: czujnik powietrza w słońcu mierzy temperaturę osłony, a nie powietrza. Dlatego stacje meteorologiczne stosują osłony radiacyjne i wentylację.
• Naprężenia mechaniczne: zginanie płytki i skurcz zalewy zmieniają wskazania czujników krzemowych. Stąd nacisk producentów na obudowy odporne na naprężenia.

Bez baterii: NFC i pozyskiwanie energii

Rośnie zainteresowanie czujnikami temperatury zasilanymi z pola NFC telefonu, np. w etykietach do łańcucha chłodniczego. Istniejące kontrolery NFC z wbudowanym czujnikiem (np. Infineon NGC1081) oferują dokładność rzędu ±0,3 °C. Ciągły zapis wymaga jednak źródła energii. Uwaga na marketing: część etykiet „bez baterii litowej” ma inny rodzaj ogniwa.

Metrologia: dyskusja o następcy ITS-90

Międzynarodowa Skala Temperatur ITS-90 pozostaje obowiązująca. Komitet Doradczy ds. Termometrii (CCT) przy BIPM przygotował w 2026 roku projekt zalecenia dotyczącego kryteriów ustanowienia przyszłej skali temperatur. Instytuty metrologiczne badają m.in. alternatywy dla punktu potrójnego rtęci. Dla użytkowników przemysłowych nic się na razie nie zmienia, ale warto śledzić ten temat przy planowaniu długoterminowych systemów kalibracji.

• czujniki
• temperatura
• nowości
• metrologia