Menu Close

Микросхемы для измерения температуры: спектр решений для измерения температуры

Полупроводниковые датчики температуры

Полупроводниковые датчики температуры

Полупроводниковые датчики температуры предназначены для измерения температуры от -55° до 150°С. В этот диапазон попадает огромное количество задач, как в бытовых, так и в промышленных приложениях. Благодаря высоким характеристикам, простоте применения и низкой стоимости полупроводниковые датчики температуры оказываются очень привлекательными для применения в микропроцессорных устройствах измерения и автоматики.

Принцип работы

Полупроводниковые датчики температуры

Физический принцип работы полупроводникового термометра основан на зависимости от температуры падения напряжения на p-n переходе, смещенном в прямом направлении. Данная зависимость близка к линейной, что позволяет создавать датчики, не требующие сложных схем коррекции. В качестве чувствительных элементов на практике используются диоды, либо транзисторы, включенные по схеме диода. Для проведения измерений, необходимо протекание стабильного тока через чувствительный элемент. Выходным сигналом является падение напряжения на датчике.

Схемы, использующие одиночный p-n переход, отличаются низкой точностью и большим разбросом параметров, связанных с особенностями изготовления и работы полупроводниковых приборов. Поэтому промышленность выпускает множество типов специализированных датчиков, имеющих в своей основе вышеописанный принцип, но дополнительно оснащенных цепями, устраняющими негативные особенности и значительно расширяющими функционал приборов.

Аналоговые полупроводниковые датчики

Типовая схема включения полупроводникового термометра с коррекцией 

Простые аналоговые полупроводниковые датчики практически в чистом виде реализуют идею измерения температуры, с помощью определения падения напряжения на p-n переходе. Для устранения всех отрицательных явлений, связанных с работой такого перехода, используется специальная схема, содержащая в своем составе два чувствительных элемента (транзистора) с различными характеристиками. Выходной сигнал формируется как разность падений напряжения на каждом чувствительном элементе. При вычитании значительно сокращаются негативные моменты. Дальнейшее повышение точности измерения осуществляется калибровкой датчика с помощью внешних цепей.


 Основной характеристикой датчика температуры является точность измерений. Для полупроводниковых моделей она колеблется от ±1°С до ±3.5°С. Самые точные модели редко обеспечивают точность лучше чем ±0.5°С. При этом данный параметр сильно зависит от температуры. Как правило, в суженном диапазоне от  -25° до 100°С точность в полтора раза выше, чем в полном диапазоне измерений -40°С до +125°С. Большинство аналоговых датчиков температуры, иначе называемых интегральными датчиками, содержит три вывода и включается по схеме диода. Третий вывод обычно используется для целей калибровки. Выходной сигнал датчика представляет собой напряжение, пропорциональное температуре. Величина изменения напряжения различна и, например, составляет 10мВ/градус. Для точного определения значения температуры необходимо знать падение напряжения при каком-либо ее фиксированном значении. Обычно в качестве такового используется значение начала диапазона измерений либо 0°С.

Примеры аналоговых датчиков температуры

Модель Диапазон измерений Точность Температурный коэффициент Производитель
LM35 от -55°С до +150°С  ±2°С  10 мВ/°С   National Semiconductor
LM135 от -50°С до +150°С  ±1.5°С  10 мВ/°С   National Semiconductor
LM335 от -40°С до +100°С  ±2°С  10 мВ/°С   National Semiconductor 
TC1047 от -40°С до +125°С  ±2°С  10 мВ/°С   Microchip
TMP37  от -40°С до +125°С  ±2°С 20 мВ/°С   Analog Devices

Кроме простых датчиков, производители предлагают также готовые интегральные системы термостатирования. Подобные микросхемы, например LM56 от National Semiconductor, оснащены выходом для управления нагрузкой. Температура срабатывания выхода задается в виде заводской установки, либо с помощью навесных элементов, подключаемых к специальным входам задания. Невысокое качество регулирования, обеспечиваемое данными элементами, компенсируется их простотой использования и сверхнизкой стоимостью готовых систем управления.

Полупроводниковые датчики с цифровым выходом

Технология изготовления полупроводниковых термометров позволяет размещать их на кристаллах интегральных микросхем. Температурные датчики можно встретить в составе микропроцессоров и микроконтроллеров, служебных мониторов микропроцессорных систем, а также в других измерительных устройствах, например датчиках влажности. Возможен и противоположный вариант — добавления различных элементов к датчикам. Примером подобных изделий могут служить датчики температуры с цифровым выходом. В отличие от аналоговых вариантов, эти устройства содержат встроенный АЦП и формирователь сигналов какого-либо стандартного интерфейса. Наибольшую популярность получили интерфейсы SPI, I2C и 1-Wire. Использование термометров с цифровым выходом значительно упрощает схемотехнику измерительного устройства, при незначительном увеличении стоимости относительно аналоговых вариантов. Также использование стандартных интерфейсов позволяет интегрировать датчики в различные системы управления или подключать несколько датчиков на одну шину. Программирование протокола обмена с большинством датчиков не представляется сложной задачей, что обусловило огромную популярность применения этих элементов в любительской практике и мелкосерийном производстве.

Примеры датчиков температуры с цифровым выходом 

Модель 

Диапазон

Точность

Разрешение

Интерфейс

Производитель 

 LM75

от -55°С до +125°С

±3°С

 9 бит

I2C 

 National Semiconductor

LM76 

от -55°С до +150°С

±1.5°С 

13 бит 

 I2C

 National Semiconductor

DS18B20

от -55°С до +125°С

±2°С 

9-12 бит 

1-Wire 

MAXIM 

DS1621

от -55°С до +125°С

±1°С 

 9 бит

 I2C

 MAXIM

DS1722 

от -55°С до +120°С

±2°С 

 12 бит

SPI 

Dallas Semiconduction

MCP9800

от -55°С до +125°С

±3°С 

12 бит 

 I2C

 Microchip

MSP9808 

от -40°С до +125°С

±1°С 

12 бит 

 I2C

 Microchip

ADT7320 

от -40°С до +150°С

±0.25°С 

 16 бит

 SPI

Analog Devices

Характеристики интегральных датчиков температуры с цифровым выходом в целом соответствуют характеристикам аналоговых вариантов. При этом в виду применения АЦП, добавляется такой параметр, как разрешение выходных данных. Сегодня можно встретить датчики с разрешением от 9 до 16 бит. Часто данный параметр указывается в виде температуры, определяемой младшим разрядом АЦП. Например, для высокоточного датчика LM76, предоставляющего пользователю 13-битные данные, он составляет 0.0625°С. Не следует путать этот параметр с точностью измерений, так как вес младшего разряда АЦП определяет только точность работы аналогово-цифрового преобразователя, без учета характеристики датчика. Для того же LM76, заявленная точность измерений не превышает ±1°С.

Типовая схема использования цифрового датчика температуры

Кроме непосредственного измерения температуры, многие цифровые датчики обладают дополнительными функциональными возможностями. Наибольшее распространение получил дополнительный выход термостатирования, позволяющий использовать микросхемы без внешних устройств управления. Также можно встретить входы подключения дополнительных внешних температурных датчиков и дискретные порты ввода вывода. 

Другие статьи:

Датчики температуры. Общий обзор.

Термометр на микроконтроллере PIC12F629

Терморегулятор на микроконтроллере PIC16F676

You have no rights to post comments

Приставка к мультиметру на датчике LM35 и переделка вольтметра в термометр

Обычно в недорогих мультиметрах отсутствует функция измерения температуры. Но этот недостаток легко и недорого можно устранить, при том еще очень быстро. Получим довольно точный приборчик для измерения температуры состоящий всего из нескольких радиодеталей.
Основу будет составлять специальная микросхема типа LM35 полученная с Алиэкспресс (цена примерно 30р).

Этот датчик темпратуры выглядит как обычный транзистор в пластмассовом корпусе ТО92(бывает исполнение в других корпусах: ТО-46, TO-220 и SO). Температуру она может измерить от -55 до +150°C.

Благодаря практически линейной зависимости температуры от выходного сигнала обеспечиваются довольно точные показания. Например—при +20°C на выходе датчика будет 200 мВ, а при +100°C-1000 мВ.
Схема использования LM35 при измерении температуры от +2 до+150°C.

Схема использования LM35 при измерении температуры от -55 до+150°C.

Для изготовления этой самоделки понадобятся:
— датчик LM35 -1шт;
— тестер -1шт;
— подстроечный многооборотный резистор любой от 10 кОм до 100 кОм – 1 шт;
— макетная плата;
— металлический корпус от конденсатора МБМ или металлическая трубка -1шт;
— силиконовый герметик;
— батарейка «Крона» или любая на напряжение от 3 В;
— цифровой вольтметр-1шт;
— соединительные провода ;
— паяльник;
— клемник.

Шаг 1.Сборка приставки к тестеру.
Будем собирать основную плату электронного термометра.

От макетной платы отрежем кусок нужного размера, чтобы разместилась батарейка, клемник и подстроечный резистор. Можно сделать и печатную плату или произвольно распаять схему на любом диэлектрическом материале.



Соединения с обратно стороны платы можно сделать проводами навесным монтажом.
К клемнику подключаем датчик температуры и выводы на мультиметр. Если датчик будет использоваться на улице или во влажной среде его надо поместить в защитный чехол. Я сделал его из корпуса конденсатора типа МБМ-удалил из него фольгу и поместил туда сам датчик. Для герметизации залил силиконовым герметиком.

Шаг 2. Настройка и проверка приставки.
Подключаем питание и подстроечным резистором настраиваем показания по другому термометру. Мультиметр включен на предел измерения 200 мВ. Далее сравнил показания поместив датчик в холодную и горячую воду. Разница оказалась в десятые доли градуса.



На этом настройка закончена, можно пользоваться термометром LM35 как приставкой к тестеру.

Шаг 3. Переделка вольтметра в термометр.
Также можно применить эту приставку как базовую и сделать электронный цифровой термометр из электронного вольтметра.


Он был включен по двухпроводной схеме- подключаем к источнику напряжения и он питается от него и показывает значение напряжения. Нужно переделать его на трехпроводную схему-питание отдельно и измерительный вход отдельно. Это сделать просто, надо удалить резистор R3 (сопротивление 0 Ом). Это даст еще возможность (если применять вольтметр по его прямому назначению) расширить предел измерения. По двухпроводной схеме включения пределы измерения от 4 до 30 В, по трехпроводной составит от 0 до 100 В.


Припаиваем выход температуры из приставки на LM35 к процессору (в точку указанной в фото). Заклеиваем горящюю точку на вольтметре черной изолентой, после второй цифры вольтметра наклеиваем белую точку.

Остается подстроечным резистором выставить реальную температуру на вольтметре. Также проверим показания по образцовому термометру.

Последним шагом изготовления самоделки будет размещение в подходящем корпусе. Нашел небольшую распредкоробку – в нее как раз уместилась и платка и вольтметр. Наружу выходят провода датчика и питания. Можно запитать схему и от аккумулятора и разместить его в корпусе, тогда прибор будет полностью автономен.

Датчик LM35 имеет большую сферу применения. Он применяется в бортовых компьютерах автомобилей, в терморегуляторах, прекрасно сочетается с Ардуино. Все зависит от ваших потребностей и фантазий.

В видео подробней показано как сделать приставку для бюджетного тестера и переделать вольтметр в термометр.

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Датчик температуры LM35. Описание, схема подключения, datasheet

Датчик температуры LM35 представляет собой интегральную схему предназначенную для измерения температуры, используется в устройствах, так или иначе связанных с контролем температуры. LM35 является недорогой, надежной и достаточно точной микросхемой (погрешность измерения составляет около ± 0,5º С). Применение датчика LM35 намного предпочтительнее, чем использование термистора, из-за точности измерения.

Датчик температуры LM35 — описание

Как вы можете видеть на приведенном выше рисунке, LM35 имеет три вывода, два из которых предназначены для питания датчика, а третий является выходом. Для получения точных результатов LM35 не требует какой-либо калибровки.

Достоинства датчика LM35: линейная зависимость выходного сигнала (температура/напряжение), низкое выходное сопротивление, встроенная схема калибровки. Датчик может работать в диапазоне от -55 º до 150 º С.

Как было сказано ранее, аналоговый сигнал на выходе прямо пропорционален изменению температуры в градусах Цельсия, и на каждый градус приходится 10мВ. Ток потребления датчика составляет около 60 мкА, и из-за этого саморазогрев LM35 составляет всего 0,1 º С.

Параметры LM35

Корпус и цоколевка датчика LM35

В основном датчик LM35 выпускается в корпусе TO-92. Но он так же может быть в корпусе TO-220 или TO-46. Их характеристики одинаковы, различие только в  конкретных областях применения.

Например, в отличие от корпуса TO-92, датчик в металлическом корпусе TO-46 может быть использован для контактного измерения температуры поверхности. Датчик в TO-92 используется в основном для измерения температуры воздуха.

Пример использования температурного датчика LM35

Пример применения LM35 можно продемонстрировать на простой схеме, которая путем переключения светодиодов, показывает превышение заданного порога температуры:

В данной схеме операционный усилитель 741 используется в качестве компаратора. ОУ сконфигурирован как неинвертирующий усилитель. Это означает, что, когда LM35 регистрирует температуру выше установленного уровня, на выходе ОУ появляется положительный уровень и загорается красный светодиод, а когда температура падает ниже заданного уровня, на 741 возникает отрицательный уровень напряжения, что приводит к загоранию зеленного светодиода. Переменным резистором R2 задается порог переключения.

Скачать datasheet LM35 (246,0 KiB, скачано: 3 025)

измеряем где и как угодно

28 февраля 2012

Спектр приложений и задач, в которых может потребоваться измерение температуры, очень широк. Пожалуй, температуру можно назвать одним из самых часто измеряемых параметров. В некоторых случаях это может быть температура внешней среды, температура охлаждающих сред, в некоторых — самих приборов или их частей. Различаются также абсолютные диапазоны измерений и требования к точности измерений. Некоторое влияние оказывает и способ обработки измеренных данных — локально или удаленно.

Приобретение компании National Semiconductor добавило в спектр продукции Texas Instruments ряд линеек продуктов. В частности, это коснулось и интегральных датчиков температуры.

В линейке датчиков температуры National представлены аналоговые и цифровые изделия, некоторые — с рядом дополнительных функций. Имеются температурные датчики, основанные на различных физических эффектах — резистивные, полупроводниковые, микросхемы для работы с термопарами. Среди аналоговых датчиков присутствуют датчики с выходом по напряжению, токовые датчики, интегральные микросхемы датчиков с программируемым коэффициентом усиления, микросхемы, содержащие схемы сравнения — т.н. термостаты или термосигнализаторы. Целый ряд микросхем предназначен для работы с удаленными датчиками температуры (в основном — с полупроводниковыми диодами). Кроме этого, отдельно стоит выделить интегральные контроллеры аппаратуры, содержащие в себе, помимо температурных датчиков или схем их опроса, схемы управления внешними устройствами, в частности, скоростью вращения вентилятора охлаждения [1].

 

Аналоговые температурные датчики

Аналоговые полупроводниковые температурные датчики National отличает компактность, простота схем включения, достаточно высокая стабильность передаточной характеристики, широкий диапазон напряжений питания и малый потребляемый ток. Температурный диапазон работы большинства датчиков лежит в пределах -40…125°С, есть датчики, работающие и в более широком диапазоне — от -50 до 150°С. Ряд наиболее популярных серий приведены в таблице 1.

Таблица 1. Пример аналоговых датчиков температуры линейки National  

Наименование Погрешность измерения, °C Диапазон напряжений питания, В Рабочий температурный диапазон, °C
LM94023 ±1,5 1,5…5,5 @ 5,4 мкА -50…150
LM94022 ±1,5 1,5…5,5 @ 5,4 мкА -50…150
LM94021 ±1,5 1,5…5,5 @ 9 мкА -50…150
LM20 ±1,5 2,4…5,5 @ 4,5 мкА -55…130
LM35 ±0,5 4…30 @ 56 мкА -55…150

 

Датчики с выходом напряжения

Датчики с выходом по напряжению можно разделить на три большие группы:

  • интегральные датчики с программируемым усилением;
  • датчики с фиксированным коэффициентом усиления и выходом напряжения, пропорциональным температуре;
  • датчики с выходным напряжением, пропорциональным одной из температурных шкал — по Цельсию/по Кельвину/по Фаренгейту.

Датчики с программируемым коэффициентом усиления представлены серией LM9402x. На текущий момент в нее входит три микросхемы — LM94021, LM94022 и LM94023.

Среди основных возможностей — широкий температурный диапазон измерений — от -50 до 150°С при минимальном напряжении питания всего 1,5 В, токе потребления не более 15 мкА и ошибке измерений не более 2,1°С. Выход защищен от короткого замыкания, его малое выходное сопротивление позволяет ему работать с высокоемкостными входами — до величин порядка 1 нФ (например, УВХ АЦП или фильтр нижних частот). Один, как в случае с LM94023, или два (LM94021, LM94022) управляющих вывода GSx позволяют выбирать один из двух или четырех коэффициентов усиления. Это позволяет достигать оптимальных результатов в зависимости от требований приложения — или расширение измеряемого диапазона температур, или повышение чувствительности — от 5,5 до 13,6 мВ/°С для LM94021, LM94022 (от 5,5 до 8,2 мВ/°С для LM94023).

Датчики выполняются в компактных корпусах типа SC70 и microSMD. Минимальная схема включения не требует наличия внешних дополнительных элементов. Управляющие входы допускают непосредственное подключение, как к общему проводу, так и к питанию без дополнительных подтягивающих резисторов.

Температурные датчики с фиксированной чувствительностью представляют собой достаточно простое решение для многих задач измерения и контроля температуры. Высокая линейность характеристики, надежность, высокая точность и низкое энергопотребление привели к тому, что ряд из них были признаны промышленным стандартом по факту, в частности — популярный датчик LM20.

На текущий момент к таким датчикам можно отнести датчики серий LM19, LM20. Датчики способны работать в диапазоне -50…130°С, что перекрывает многие задачи контроля температуры. Диапазон питающих напряжений от 2,7 до 5,5 В при токе потребления порядка нескольких микроампер позволяет применять датчики в устройствах как со стационарным, так и с батарейным питанием. Чувствительность их составляет 11 мВ/°С.

Весьма интересным подмножеством аналоговых датчиков температуры National можно назвать датчики с выходными уровнями напряжения, пропорциональными одной из температурных шкал — Цельсия, Кельвина или Фаренгейта. Общим их свойством является линейная характеристика с чувствительностью 10 мВ/градус одной из шкал.

Так, серии LM135, LM235 и LM335 являются температурными датчиками с выходным напряжением, пропорциональным шкале Кельвина — номинальное напряжение на выходе при температуре 0°С (273°К) равно 2,73 В, при температуре 100°С — 3,73 В. Температурный коэффициент датчиков — 10 мВ/°К при максимальной ошибке на всей измеряемой шкале ±2,7°С. При помощи внешнего подстроечного резистора можно добиться точности порядка ±1°С. Датчики доступны в пластиковых — TO-92 и SO-8, и металлических — TO-46 корпусах.

Датчики серий LM35, LM45, LM50 имеют выход в шкале Цельсия. Номинальный выход датчиков LM35, LM45 при 25°С — 250 мВ, а при 100°С — 1 В, чувствительность 10 мВ/°С. Более того, подключение резистора к выходу и отрицательному напряжению питания позволяет измерять и отрицательные температуры (ниже 0°С). Точность измерений датчиков в самом плохом варианте укладывается в ±3°С. Стоит отметить, что ряд серий датчиков в данной группе способен обеспечить более высокую точность: так, погрешность LM35 в диапазоне -55 до 150°С составляет всего ±1°С.

Датчик LM50 отличается от LM35/45 тем, что при аналогичной зависимости выходного напряжения от температуры (10 мВ/°С) при 0°С имеет на выходе постоянное смещение в 500 мВ. Т.е., при температуре 0°С — на выходе датчика 500 мВ, 100°С — 1,5 В, и при -40°С — 100 мВ. Функциональным аналогом LM50 для систем с низковольтным питанием (от 2,7 В) является LM60/61/62 — при 0°С его выход равен 424 мВ, 1049 мВ при 100°С и 174 мВ при -40°С, температурная зависимость их положительна и равна 6,25 мВ/°С.

Аналогичная ситуация и с датчиками температуры по шкале Фаренгейта — LM34, способными измерять температуры от -50 до 300°F с погрешностью 2°F при аналогичном температурном коэффициенте 10 мВ/°F.

 

Токовые датчики

Устройства серий LM134/LM234/LM334 можно применять по-разному. С одной стороны, они могут служить регулируемыми источниками тока (значение выходного тока задается внешним резистором), с другой — их выходной ток зависит от температуры: от 1 до 3 мкА/°С. Путем подбора величины внешнего сопротивления можно регулировать чувствительность датчиков или измерительный диапазон. Конечно, чувствительность в пару микроампер на градус не назовешь высокой, да и датчик на их основе будет требовать последующей калибровки, или использования в схеме прецизионного резистора. Но аргументом в пользу их выбора может стать то, что для их работы достаточно напряжения всего 1,2 В, следовательно, они могут быть востребованы в приложениях с батарейным или аккумуляторным питанием.

 

«Термоключи»

Одна из частых задач, возникающих в бытовой и промышленной технике — обнаружение перегрева прибора или его узла. В линейке аналоговых датчиков температуры от National есть ряд приборов, сочетающих в себе температурный датчик, формирователь порогового уровня, компаратор и выходные силовые цепи (таблица 2).

Таблица 2. Температурные ключи 

Наименование Метод задания порога,
точность, °C
Напряжение питания, В;
ток потребления, мкА
Диапазон пороговых уровней температуры, °C
LM26LV Заводские предустановки, ± 2,2 1,6…5,5; 8 0…150, шаг 1
LM26 Заводские предустановки, ± 3 2,7…5,5; 16 -55…125, шаг 1
LM27 Заводские предустановки, ± 3 2,7…5,5; 15 120…150, шаг 1
LM56 Пользовательский, ± 2 2,7…10; 110 -40…125, внешние резисторы
LM57 Пользовательский, ± 1,5 2,4…5,5; 24 -40…150, внешние резисторы

Примерами таких устройств являются высокоинтегрированные температурные ключи серий LM26 и LM27, выпускаемые в корпусе SOT-23. Обе серии могут эксплуатироваться в весьма жестких температурных условиях. Так серия LM26 работает в диапазоне от -55 до 125°C, а LM27 от -40 до 150°C при порогах срабатывания в диапазоне 120…150°C. Таким образом, они оптимальны для мониторинга перегрева силовых узлов, тем более, что обе имеют вход HYST, позволяющий задать гистерезис. Ширина петли гистерезиса от 2°C (при подключении вывода к общему проводу), до 10°C (при подключении к линии питания). Микросхемы имеют два выходных сигнала — аналоговый выход температурного датчика и выход с открытым стоком. Порог срабатывания задается при производстве.

Дальнейшим развитием является серия LM26LV. LM26LV представляет собой прецизионный низковольтный ключ, срабатывающий при превышении температуры определенного уровня. На выходе датчика формируется напряжение, пропорциональное температуре, и два пороговых сигнала. Аналоговый выход обладает достаточным входным/выходным током для работы на емкостную нагрузку. Один из пороговых сигналов — OVERTEMP — генерирует логический сигнал высокого уровня при превышении заданного порога, параллельно выход с открытым стоком ~OVERTEMP становится активным. Входной сигнал TRIPTEST предназначен для внутрисхемного тестирования ключа. Высокий уровень на нем имитирует превышение порога и приводит к срабатыванию ключа. Порог срабатывания, так же, как и для LM26, LM27, задается при производстве и находится в пределах от 0 до 150°С с шагом 1°С. Диапазон напряжений питания от 1,6 до 5,5 В.

В качестве температурного ключа с задаваемым порогом срабатывания может применяться серия LM57, для которой порог задается парой внешних резисторов.

LM56 является интегральной микросхемой-термостатом. Она содержит источник опорного напряжения 1,25 В, два компаратора со встроенным гистерезисом, температурный датчик (аналогичный LM60). Рабочий температурный диапазон LM56 составляет -40…125°С. Суммарная погрешность датчика и компараторов в пределах температур от 25 до 85°С составляет не более 2°С, в полном рабочем диапазоне от -40…125°С — не более 3°С, не считая погрешности внешних резисторов.

 

Цифровые температурные датчики

Цифровые датчики температуры объединяют в себе чувствительный полупроводниковый элемент, аналого-цифровой преобразователь, блок управления, содержащий управляющую логику и регистры конфигурации, и интерфейсный блок. Для датчиков Texas Instruments линейки National традиционно используются двухпроводной интерфейс SMBus/I2C, или трехпроводной SPI/Microwire. В линейку поставок входят датчики с разрядностью от 8 бит с погрешностью ±4°С до 16-бит с погрешностью при комнатных температурах всего ±0,33°С (таблица 3).

Таблица 3. Цифровые датчики температуры линейки National 

Наименование Точность, °C;
разрядность, бит
Напряжение питания, В; ток потребления, мА Температурный диапазон, °C Интерфейс
LM73 ±2,0; 9 3…5,5; 1 -55…125 2-wire
LM75A ±2,0°; 9 3…5,5В; 1 -55…125 2-wire
LM92 ±0,33 & ±0,5; 13 2,7…5,5; 0,625 -55…150 2-wire
LM71 ±1,5; 13 2,65…5,5; 0,55 -40…150 3-wire
LM95071 ±1,0; 14 2,4…5,5; 0,28 -55…150 3-wire
LM74 ±1,25; 13 3…5,5; 0,52 -55…150 3-wire

 

Датчики локальной температуры

Некоторые из цифровых датчиков имеют дополнительные сигнализирующие пороговые выходы. Но, в отличие от температурных ключей, порог их срабатывания, включая гистерезис, задается пользователем. Примером подобного датчика является прецизионный датчик LM73 (корпус SOT23-6) с двухпроводным интерфейсом, совместимым с шинами SMBus и I2C. При полном рабочем диапазоне от -40 до 150°С его погрешность в в пределах от -10 до 80 ±1°С. При помощи всего одной линии выбора адреса датчика на шине возможна установка для него одного из трех адресов в зависимости от состояния адресной линии — не подключена, подключена к общему проводу или подключена к напряжению питания.

Настройки LM73 позволяют оптимизировать его скорость и точность работы — разрешение датчика может варьироваться от 0,25°С/бит до 0,03°С/бит (11…14-битное преобразование). Датчик имеет два режима работы. Это — обычный режим, в котором датчик все время находится в режиме непрерывного преобразования и выдачи данных, и режим низкого потребления, когда запуск преобразования и выдача результата проводятся по запросу внешнего устройства.

Датчик серии LM92 может служить примером цифрового термостата. Он позволяет существенно упростить создание систем контроля температуры. При прекрасных показателях точности порядка 0,5°С, диапазоне питания 2,7…5,5 В и 12-битном АЦП, LM92 имеет два программируемых пороговых выхода INT и T_CRIT_A. Первый из них, INT, становится активным при выходе температуры за установленные пределы. Выход T_CRIT_A срабатывает при превышении температуры заданного порога. Два входа селекции адреса позволяют выбрать один из четырех адресов датчика на последовательной шине I2C.

Примерами датчиков, управляемых по шине SPI, могут служить популярные датчики LM70, LM74, LM95071 и ряд других.

14-битный датчик LM95071 обеспечивает точность 2°С на полном рабочем температурном диапазоне и до 1°С в пределах 0…70°С, цифровой шум составляет всего один младший разряд. Для данного датчика также доступен режим непрерывного преобразования и режим низкого энергопотребления. Он выпускается в миниатюрном корпусе SOT-23.

Украшением линейки цифровых датчиков можно считать 24-битную однокристальную систему сбора данных с температурных датчиков — LMP90100. Ключевыми ее свойствами является низкое энергопотребление, 24-битное сигма-дельта АЦП с автоматической калибровкой, управляемый коэффициент усиления, а также малый дрейф параметров в зависимости от времени или температуры. LPM90100 может работать как от внутреннего, так и от внешнего источника синхронизирующих импульсов, имеет несколько конфигурируемых цифровых линий ввода-вывода, SPI-интерфейс управления. Встроенные опорные источники тока и напряжения позволяют напрямую работать с резистивными типами датчиков (мосты, терморезисторы, а также датчики давления и тензодатчики). Гибкий конфигурируемый входной мультиплексор позволяет работать даже с дифференциальными сигналами — например, возможны конфигурация на четыре дифференциальных входа или на семь одиночных, а также различные комбинации.

 

Датчики температуры удаленного диода

Данный тип датчиков предназначен для мониторинга температуры электронных компонентов, например, центрального процессора, специализированных микросхем типа ASIC или программируемых логических схем FPGA. Как правило, в таких устройствах предусмотрены выходы сенсорного диода (чаще всего сенсорным диодом является p-n-p-транзистор). В случаях критически важных систем, не имеющих подобного чувствительного диода, вместо него применяют транзистор 2N3904. Впервые идея сенсорного температурного диода была воплощена в жизнь рядом производителей полупроводниковой продукции в 90-нм технологическом процессе (таблица 4).

Таблица 4. Датчики температуры удаленных диодов  

Наименование Точность, °C; корпус; число сигнальных линий Метод измерений Количество каналов
LM95245 ±0,75; MSOP-8; 1 45 нм, TruTherm® 1
LM95235 ±0,75; MSOP-8; 1 65 нм, TruTherm 1
LM95241 ±1,25; MSOP-8; 1 65 нм, TruTherm 2
LM95234 ±0,875; LLP-14; 3 65 нм, TruTherm 0…4
LM95214 ±1,1; LLP-14; 3 Тр-р 2N3904 0…4

В технологиях с меньшими размерами (например, 45 нм), выходной сигнал сенсорного диода может существенно отличаться в пределах серии элементов или в зависимости от конкретной реализации технологии производителями. Для решения данной проблемы National предложила уникальную технологию компенсации, называемую TruTherm® (BTJ/Transistor beta-compensation technology). Помимо специализированных датчиков, работу с удаленными диодами поддерживает ряд серий цифровых температурных датчиков и мониторов аппаратуры.

В рамках семейства датчиков температуры удаленного диода присутствуют устройства, работающие с одним, двумя или четырьмя каналами.

Серии LM86, LM89, LM90, и LM99 являются традиционными одноканальными датчиками температуры, управляемыми по шине SMBus. Кроме показаний температуры датчик имеет два сигнализирующих вывода ALERT и T_CRIT_A, генерирующих сигналы при выходе температуры за заданные диапазоны и превышении критического уровня, соответственно.

Одноканальные датчики LM95235 и LM95245 выполнены с применением технологии TruTherm® BTJ/Transistor beta-compensation. LM95235 предназначены для мониторинга температуры процессоров Intel, выполненных по 65 и 90 нм технологии. LM95245 способны работать с сенсорными диодами по 45-, 60- и 90-нм технологии. В качестве дополнительной возможности LM95235 может осуществлять цифровую фильтрацию сигнала.

LM95221 имеет два сигнальных канала с разрешением 0,125°С. Более универсальным вариантом являются датчики LM95231 и LM95241, выполненные с применением технологии TruTherm®.

 

Мониторы аппаратуры

В отдельный ряд можно вынести серии приборов, способных измерять собственную температуру и температуры удаленных диодов наряду с выполнением действий по управлению внешними устройствами. Общее их название — мониторы аппаратуры (Hardware Monitors). Типовыми задачами для них являются управление системами охлаждения/нагрева приборов или узлов, например, управление скоростью вращения вентилятора охлаждения. Кроме схем измерения температуры, настройки и управления порогами срабатывания, данные серии микросхем имеют схемы ШИМ- или PID-регулирования (таблица 5).

Таблица 5. Контроллеры аппаратуры  

Серия Метод контроля Ключевые особенности
LMP92001 16-каналов, 12-бит АЦП, точность ±0,1% TUE, двенадцать 12-битных ЦАП, внутренний источник опорного напряжения, встроенный температурный датчик, 8-линий ввода-вывода, интерфейс I2C.
LM96080 10-бит сигма-дельта АЦП. отслеживание 7 напряжений, локальная температура, измерение скорости вращения двух кулеров; интерфейс I2C, совместимый с LM80
LM96194 PI & LUT Монитор рабочей станции, 4 канала работы с удаленными диодами с технологией TruTherm, 4 сенсорных входа, 2 контроля кулера, 8 мониторов напряжения.
LM94 PI & LUT Монитор сервера, 4 TruTherm канала работы с удаленными диодами, 4 сенсорных тач-входа, 2 контроллера кулеров, 16 линий контроля напряжения, контроллер 4-пинового кулера
LM96000 Linear Монитор персонального компьютера, два канала измерения температуры удаленных диодов, dual RDTS, контроллер 4-пинового кулера
LM96163 12-point LUT 11-бит удаленный диод с TruTherm, улучшенный аналоговый тракт, цифровая фильтрация сигнала
LM81 Монитор напряжения, выход ЦАП, тач-входы

 

Средства отладки и разработки

Процесс разработки сенсорных решений имеет мощную поддержку в виде он-лайн инструментария WEBENCH, позволяющего помимо ряда других функций производить выбор необходимого типа температурного датчика для требований конкретных приложений. Также он позволяет определиться с типом чувствительного элемента — термопара/резистивный/полупроводниковый датчик и характеристиками последующего аналогового тракта [2-4].

Инструментарий SensorEval предназначен для работы с отладочными платами температурных датчиков и мониторов аппаратуры через USB-интерфейс. Более того — он поддерживает прямой доступ к температурным датчикам, расположенным непосредственно на материнских платах (с поддержкой наборов микросхем Intel) [5].

Для каждого из типов продукции National предлагаются отладочные платы, позволяющие оценить основные возможности датчиков, температурных ключей и мониторов аппаратуры.

 

Заключение

Как видно из данного далеко не полного обзора продуктов, предназначенных для задач измерения, контроля температуры, их спектр, предоставляемый линейкой National, довольно широк. Он гармонично дополняет собственный ряд температурных датчиков Texas Instruments, легко интегрируется с микроконтроллерами, АЦП и силовой продукцией TI, как в плане точности и надежности, так и в плане энергопотребления.

 

Литература

1. Temp Sensors National Semiconductor — Temperature Sensors with TruTherm® Technology, Temp Switches, Hardware Monitors, Fan Controls, & other Thermal Management Products// http://www.national.com/en/tempsensors/index.html

2. Temp Sensor Eval Boards & Reference Designs National Semiconductor// http://www.national.com/en/tempsensors/boards.html

3. SensorEval Sensor Evaluation Software for Temperature Sensor Eval Boards National Semiconductor// http://www.national.com/en/tempsensors/SensorEvalDescription.html

4. Temp Sensor Software National Semiconductor// http://www.national.com/en/tempsensors/software.html

5. WEBENCH® SensorAFE Designer & WEBENCH Sensor Designer Tools National Semiconductor — Precision Sensor Path Circuit Design// http://www.national.com/en/webench/sensors/index.html.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail: [email protected]

•••

Наши информационные каналы

Микроконтроллерный измеритель высоких температур | Статья в журнале «Молодой ученый»

Библиографическое описание:

Карякин, А. Т. Микроконтроллерный измеритель высоких температур / А. Т. Карякин, А. В. Иттиев. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 10 (114). — С. 225-228. — URL: https://moluch.ru/archive/114/30119/ (дата обращения: 02.10.2020).



В качестве датчиков температуры удобнее всего использовать наиболее распространенные на сегодняшний день микросхемы разработки компании Dallas Semiconductor (ныне — подразделение Maxim Integrated) DS1821 или DS18S20, стоимость которых на российском рынке радиоэлементов составляет всего лишь около 2 долларов. Микросхемы объединяются параллельно в трехпроводную или даже двухпроводную линию (с «паразитным» питанием) и работают в соответствии с протоколом 1-Wire [1].

Указанные микросхемы питаются положительным постоянным напряжением от 3 до 5,5 В. Ток потребления в режиме ожидания составляет менее 1 мкА, в режиме измерения (преобразования) температуры — около 1 мА. Поэтому микросхемы, даже при относительно большом их числе, могут питаться от источника питания компьютера через выводы его портов.

В дальнейшем, при построении схемы и алгоритма работы программы для измерения температуры, мы будем исходить из того, что выполняется измерение одного лабораторного образца, и число чувствительных элементов (микросхем цифровых термометров) равно двум. Полная электрическая принципиальная схема такого термометра вместе с адаптером для СОМ-порта изображена на рисунке 1.

Рис. 1. Схема подключения датчиков и адаптер для СОМ-порта

Однопроводная шина данных и ПК имеют общую «землю», а для питания микросхем цифровых термометров используется линия DTR последовательного порта. Нумерация контактов разъемов показана вначале для 25-выводного разъема (/25), а следом — для 9-выводного (/9). Применение малогабаритных элементов позволяет смонтировать плату адаптера непосредственно в корпусе разъема. Спецификация протокола RS-232С здесь реализована не вполне строго — на входе RXD формируются лишь однополярные уровни. Однако большинство ПК оснащены портами, которые нормально работают и с такими уровнями. Вместо указанных на схеме рис. 1 п-канальных МОП транзисторов можно применить полевые транзисторы других типов, близкие по параметрам, например, BSS138, либо отечественные серий КП501 или КП505.

Сопряжение цифровых термометров с персональным компьютером через USB-порт реализуется несколько сложнее, но такой адаптер легко выполнить на готовых и недорогих покупных узлах, например, с использованием платы AVR-USB-MEGA16 [2]. На рисунке 2 красным цветом выделена необходимая доработка принципиальной схемы упомянутой платы для подключения двух микросхем термометров по технологии 1-Wire. Сигнальная линия шины подключена к выводу 1 порта B (PB1).

Программная реализация USB-адаптера уже вшита в микропроцессор платы при ее изготовлении. Остается выполнить небольшую доработку программного кода для того, чтобы адаптер «видел» микросхемы DS1821. Интерфейс 1-Wire и его программная реализация на микроконтроллерах AVR достаточно хорошо описаны в литературе и не требуют специального освещения в рамках данной статьи. Код прошивается непосредственно с ПК, никакой внешний программатор в данном случае не нужен.

На плате AVR-USB-MEGA16 существуют свободные контактные площадки, куда не составляет труда смонтировать две выделенные на рис. 2 красным детали — резистор и разъем для подключения микросхем, которое выполняется аналогично рис. 1 [3].

Рис. 2. Принципиальная схема платы плате AVR-USB-MEGA16 и ее модернизация

Для составления алгоритма обработки сигналов микросхем датчиков в ПК вначале остановимся на особенностях их работы.

Термометр DS1821 (DS18S20) уже откалиброван на заводе, гарантированная заводская точность измерения температуры составляет ±0,5 °С (в диапазоне –10… +85 °C) и не может быть увеличена аппаратным путем, но допускает повышение программными средствами благодаря применяемому алгоритму преобразования температуры. Типичная кривая ошибки измерения температуры представлена на рисунке 3 [1].

Рис. 3. Типичная кривая ошибки измерения температуры для DS18S20

Температура в датчиках группы DS18… измеряется путем подсчета количества импульсов, выдаваемых генератором с низким температурным коэффициентом изменения частоты за время, устанавливаемое генератором с высоким температурным коэффициентом. Зависимость частот генераторов от температуры имеет параболическую форму, поэтому внутри кристалла термометра формируется специальная схема линеаризации характеристики (формирования ее наклона). Цикл преобразования довольно сложен и для данного рассмотрения непринципиален. Нам важно, что по окончании процесса преобразования регистр температуры микросхемы будет содержать ее измеренное значение. В счетчике в конце цикла остается значение COUNT_REMAIN, а схема линеаризации для каждого значения температуры выдает значение COUNT_PER_C — количество импульсов, приходящихся на один градус (эти значения могут по определенным командам быть выведены на выход данных). Алгоритм увеличения точности вычислений заключается в следующем: вначале от измеренного значения температуры отбрасывается младший бит, в результате получается переменная TEMP_READ, а затем в ПК производятся дополнительные вычисления по формуле

TEMPERATURE = TEMP_READ — 0,25 +

+ (COUNT_PER_C — COUNT_REMAIN) / COUNT_PER_C(1)

С другой стороны, при ограниченной абсолютной точности измерений, иногда полезно иметь как можно меньшую дискретность представления температуры. В лабораторном эксперименте это важно, если измерения носят относительный характер. В данном случае можно применить другую микросхему серии, DS18B20, которая, в отличие от упомянутых выше, выдает значение температуры не только в виде 9-битного двоичного числа, но позволяет получать и 12-битный результат. Правда, в ней отсутствует возможность выводить необходимые для вычислений по формуле (1) данные.

Каждый экземпляр микросхем DS18х20 имеет уникальный адресный номер длиной 48 бит, который записывается во встроенное ПЗУ в процессе производства кристалла и никогда не повторяется. Так, считывая по команде этот код в ПК, можно производить адресацию каждой микросхемы (в нашем случае — одной из двух), измеряя только ее температуру или последовательно опрашивая группу датчиков.

После того, как мы ознакомились со всеми требуемыми сведениями относительно работы микросхем цифровых термометров, несложно составить алгоритм программы на ПК, которая будет выполнять все необходимые опросы, выдавать команды, считывать данные и проводить вычисления. Алгоритм прозрачен и, по нашему мнению, не требует дополнительного описания. Он касается режима прямого измерения температур и их разностей (без калибровки и вычисления постоянных коэффициентов, с применением формулы (1)) и представлен на рисунке 4.

Рис. 4. Блок-схема алгоритма обработки сигналов датчиков

Разработанный измеритель для лабораторных высокотемпературных измерений низкотемпературными датчиками обладает рядом практических преимуществ по сравнению с традиционными методами измерения высоких температур при помощи термопар или пирометров. Применение метода показывает его высокую точность, простоту измерения и короткое время, требуемое для установления и снятия показаний. Несомненным плюсом является и низкая стоимость прибора, состоящего из нескольких электронных компонентов или блоков общего применения и небольшого металлического цилиндра, а также любого бытового ПК или ноутбука для обработки и записи показаний с минимальными системными требованиями.

Помимо лабораторного измерения температуры образцов, данный измеритель применим во всех случаях, когда необходимо обеспечить периодическое измерение температуры в области 200–400 °C и даже более.

Литература:

  1. Ридико Л. И. Компьютерный термометр с датчиками DS18S20/B20. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.digit-el.com/files/
  2. Макетная плата AVR-USB-MEGA16. / Администрация сайта Microsin.net. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://microsin.net/programming/
  3. Кухтецкий С. В. AVR-USB-MEGA16: измеряем и контролируем температуру. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://microsin.net/programming/

Основные термины (генерируются автоматически): измерение температуры, AVR, DTR, RXD, TEMPERATURE, значение температуры, микросхема, температура, термометр, типичная кривая ошибка.

Схемы термометров, измерение температуры


Схема термометра-приставки к мультиметру

Схема электронного термометра на 0-100 градусов по Цельсию с линейной шкалой, в качестве индикатора — мультиметр М-832, включенный на предел 200мВ. Погрешность измерения не хуже — 0,05 С° в интервале температур 0±100 С°. Было принято решение в качестве термодатчика использовать …

1 814 0

Схема простого светодиодного термометра и термостата (LM3914)

Принципиальная схема простого самодельного индикатора температуры и термостата на светодиодах и LM3914. Термометр служит для индикации выхода величины температуры за некоторые пределы. Принципиальная схема Датчиком температуры является термистор R1 …

1 4070 0

Индикатор температуры на четыре фиксированных уровня (LM339, LM325AH)

В некоторых случаях требуется определить, что температура какого-либо объекта находится в некоторых заданных пределах, либо не ниже или не выше определенного предела. Здесь предлагается схема очень точного четырехпорогового индикатора температуры со светодиодной индикацией. Причем, пороги включения …

0 2678 0

Термометр для измерения температуры в диапазоне от -55 до +125 с точностью 1 градус

Симметричные пары транзисторов и однокорпусная пара операционных усилителей, используемых в схеме, позволяют получить прецизионную измерительную систему для измерения температуры, которую можно достаточно просто откалибровать. Система имеет долговременную стабильность и может работать с…

0 2298 0

Термометр для измерения температуры в диапазоне 0-100 С с точностью 0,15 С

Недорогой температурный датчик YS144018  в петле обратной связи операционного усилителя типа 741J позволяет достичь точности измерения, которая обычно достигается при использовании платиновых датчиков. Операционный усилитель использует сигнал опорного напряжения 2,5 В, поступающий с выхода…

0 2141 0

Термометр с приведением температуры экрана щупа к измеряемой Схема используется тогда, когда температурный датчик только частично касается измеряемой поверхности. Мощный транзистор LM195H является главным усилителем мощности и одновременно служит нагревателем мощностью 23 Вт, который используется для приведения медного экрана щупа к той же самой температуре,…

0 1545 0

Термометр с источником опорного напряжения Компаратор высокой точности СМР-02 компании Monolithics, используя при этом ключевой транзистор Q1, включает нагревательный элемент схемы, если температура опускается ниже заданного значения, которое определяется отношением сопротивлений резисторов R1 и R2. Эти резисторы питаются от источника…

0 1620 0

Цифровой термометр со светодиодным индикатором В схеме цифрового термометра со светодиодным индикатором и возможностью измерения температуры по шкале Цельсия или Фаренгейта в качестве датчика применяется преобразователь температуры LX5700 компании National. Сигнал с преобразователя температуры поступает на вход преобразователя кода, который…

0 2351 0

Мультиплексор для термоэлементов на микросхеме DG509 С помощью управления логическими входами 4-канального дифференциального аналогового мультиплексора DG509 к измерительному усилителю подключается один из 4 выбранных термоэлементов. Измерительный усилитель соединяется с цифровым или другим прибором. Для устранения влияния соединительных проводов при…

0 1727 0

Четырехтермоэлементный мультиплексный термометр

подключение, настройка, схема и примеры использования [Амперка / Вики]

Для измерения температуры окружающей среды воспользуйтесь электронным аналоговым термометром на основе микросхемы TMP36.

Подключения и настройка

Примеры использования

Программа для Arduino

С помощью библиотеки TroykaThermometer, выведем в Serial-порт температуру, используя три шкалы измерения.

AnalogThermometer.ino
// библиотека для работы с аналоговым термометром (Troyka-модуль)
#include <TroykaThermometer.h>
 
// создаём объект для работы с аналоговым термометром
// и передаём ему номер пина выходного сигнала
TroykaThermometer thermometer(A0);
 
void setup()
{
  // открываем последовательный порт
  Serial.begin(9600);
}
 
void loop()
{
  // считываем данные с аналогового термометра
  thermometer.read();
  // вывод показателей аналогового термометра в градусах Цельсия
  Serial.print("Temperature is ");
  Serial.print(thermometer.getTemperatureC());
  Serial.println(" C");
  // вывод показателей аналогового термометра в градусах Кельвина
  Serial.print("Temperature is ");
  Serial.print(thermometer.getTemperatureK());
  Serial.println(" K");
  // вывод показателей аналогового термометра в градусах Фаренгейта
  Serial.print("Temperature is ");
  Serial.print(thermometer.getTemperatureF());
  Serial.println(" F");
  delay(1000);
}

Программа для IskraJS

Выведем в Serial порт значения температуры используя четыре разные формы представления данных. Применим модуль thermometer для Iskra JS

AnalogThermometer.js
// подключаем модуль аналогового термометра
var temperature = require('@amperka/thermometer').connect(A0);
 
// выводим в консоль данные с термометра во всех возможных форматах
setInterval(function() {
  console.log('Room temperature:', temperature.read('C'), 'degrees Celsius');
  console.log('Room temperature:', temperature.read('V'), 'V');
  console.log('Room temperature:', temperature.read('mV'), 'mV');
  console.log('Room temperature:', temperature.read(), 'from 0 to 1');
}, 1000);

Элементы платы

Микросхема TMP36

Микросхема TMP36 от Analog Device — это прецизионный низковольтный датчик температуры. Высокая линейность выходного сигнала, а так же достаточная точность измерений позволяет подключать датчик напрямую к аналоговым входам Arduino/Iskra.

Контакты подключения трёхпроводного шлейфа

Модуль подключается к управляющей электронике по трём проводам. Назначение контактов трёхпроводного шлейфа:

  • Питание (V) — питание модуля. Соедините с питанием микроконтроллера.

  • Земля (G) — земля. Соедините с землёй микроконтроллера.

  • Сигнальный (S) — жёлтый провод. Подключите к аналоговому входу микроконтроллера. Через него управляющая плата считывает сигнал с термометра.

Принципиальная и монтажная схемы

Характеристики

  • Напряжение питания: 3,3−5 В

  • Потребляемый ток: 50 мкА

  • Диапазон измеряемой температуры: −40…+125 °C

  • Точность: ±1 °

Ресурсы

Разработка беспроводной системы мониторинга здоровья для измерения внутренней температуры тела с задней стороны тела

В этом документе удобная и недорогая беспроводная система мониторинга состояния здоровья, которая измеряет температуру кожи на задней стороне тела для мониторинга предлагается внутренняя температура тела. Для точного измерения температуры кожи был выбран полупроводниковый микротемпературный датчик с максимальной точностью ± 0,3 ° C, который управляется высокопроизводительным и малопотребляющим микроконтроллером с архитектурой Acorn-Reduced Instruction Set Computing Machine (ARM) для создания прибор для измерения температуры.Опираясь на технологию радиочастотной связи с многоканальной гауссовой частотной манипуляцией (GFSK) 2,4 ГГц, до 100 предлагаемых устройств измерения температуры могут передавать данные на один приемник одновременно. Корпус предлагаемого беспроводного устройства для измерения температуры был изготовлен на 3D-принтере, и устройство было собрано для проведения тестов производительности и экспериментов in vivo . Тест производительности проводился с датчиком температуры типа K в температурной камере для наблюдения за характеристиками измерения температуры.Результаты показали, что значение ошибки между двумя устройствами было меньше 0,1 ° C от 25 до 40 ° C. Для экспериментов in vivo устройство было прикреплено к спине 10 молодых людей мужского пола для измерения температуры кожи, чтобы исследовать взаимосвязь с температурой уха. По результатам экспериментов в предложенном устройстве реализован алгоритм, основанный на методе аппроксимации кривой, позволяющий оценивать внутреннюю температуру тела по измеренному значению температуры кожи. Алгоритм был создан как линейная модель и задан как квадратная формула с интерполянтом и с каждым коэффициентом для набора уравнений с доверительной границей 95%.Для оценки качества подгонки сумма квадратов из-за ошибки (SSE), R -квадрат, скорректированный R -квадрат и среднеквадратичная ошибка (RMSE) составляли 33,0874, 0,0212, 0,0117 и 0,3998, соответственно. Как показали экспериментальные результаты, среднее значение ошибки между температурой уха и расчетной внутренней температурой тела составляет около ± 0,19 ° C, а среднее отклонение составляет 0,05 ± 0,14 ° C, когда субъекты находятся в устойчивом состоянии.

1. Введение

Мониторинг здоровья всегда был важной темой биомедицинских инженерных исследований.Температура тела — одно из важных числовых значений, указывающих на состояние здоровья человека. Нормальный диапазон температуры тела обычно составляет от 36,5 до 37,5 ° C [1]. Индивидуальная температура тела зависит от возраста, физических нагрузок, инфекции, пола и места на теле, в котором проводится измерение [2]. Ректальное измерение, оральное измерение и измерение в подмышечных впадинах — хорошо известные методы измерения температуры человеческого тела [3]. Однако у каждого метода есть недостатки w

.

Повышение точности измерения температуры

Аннотация

Технологические достижения в области измерения температуры привели к появлению огромного разнообразия датчиков и измерительных приборов, которые теперь доступны для выполнения точных измерений при относительно низких затратах.

В этой статье «назад к основам» рассматриваются три наиболее популярные технологии датчиков температуры и даются советы, как избежать множества ловушек и ловушек, которые часто снижают точность системы измерения температуры.

Введение

В настоящее время широко доступно высокоточное оборудование для измерения температуры по очень разумной цене, но, хотя это должно упростить задачу измерения температуры, многие пользователи допускают простые ошибки, которые сводят на нет преимущества использования датчиков и измерительного оборудования с высокими техническими характеристиками.

Когда у большинства людей возникает потребность в измерении температуры, их первая реакция — покупка самых дорогих датчиков и измерительных приборов высочайшего качества, которые они могут себе позволить.Как производитель, мы приветствуем эту реакцию, поскольку он продает много оборудования. Однако это неправильный способ проводить точные измерения.

Правильное измерение

Рисунок 1

Учтите, что вы пытаетесь измерить температуру. Пример, который на первый взгляд кажется простым, — это измерение комнатной температуры с точностью до 1 ° C. Проблема здесь в том, что комнатная температура — это не одна температура, а несколько.

На рис. 1 показаны датчики на трех разных высотах, регистрирующие температуру в одном из складских помещений Pico Technology.Показания датчиков различаются как минимум на 1 ° C, поэтому независимо от того, насколько точны отдельные датчики, мы никогда не сможем измерить температуру в помещении с точностью до 1 ° C.

Еще один, казалось бы, очевидный, но часто упускаемый из виду момент заключается в том, что вы всегда регистрируете только температуру датчика. Любой диф

.

Классификация измерительных инструментов — Circuit Globe

Прибор, используемый для измерения физических и электрических величин, известен как измерительный прибор. Термин «измерение» означает сравнение двух величин одной и той же единицы. Величина одной из величин неизвестна, и она сравнивается с заранее заданным значением. Результат сравнения, полученный относительно числового значения.

Измерительные приборы подразделяются на три типа;

  • Электрический прибор
  • Электронный прибор
  • Механический инструмент

Механический инструмент использует для измерения физических величин .Этот прибор подходит для измерения статических и стабильных условий, поскольку прибор не может реагировать на динамические условия. Электронный прибор имеет быстрое время отклика . Инструмент обеспечивает быстрый отклик по сравнению с электрическими и механическими инструментами.

Электрический прибор используется для измерения электрических величин, таких как ток, напряжение, мощность и т. Д. Амперметр, вольтметр, ваттметр являются примерами электрического измерительного прибора.Амперметр измеряет ток в амперах; вольтметр измеряет напряжение, а ваттметр используется для измерения мощности. Классификация электрических инструментов зависит от методов представления выходных показаний.

types-of-measuring-instrument

В этой статье мы обсуждаем различные типы электрических инструментов.

Абсолютный инструмент

Абсолютный прибор дает значение измеряемых величин относительно физической постоянной. Физическая постоянная означает угол отклонения, градус и постоянную метра.Математический расчет требует знания значения физической постоянной.

Касательный гальванометр является примером абсолютных инструментов. В касательном гальванометре величина тока, проходящего через катушку, определяется тангенсом угла отклонения катушки, горизонтальной составляющей магнитного поля земли, радиусом и количеством витков используемого провода. Чаще всего этот тип приборов применяется в лабораториях.

Дополнительный инструмент

В дополнительном приборе отклонение показывает величину измеряемых величин . Калибровка инструментов стандартным инструментом важна для измерения. Выходные данные этого типа устройства получаются напрямую, и для определения их значения не требуется математических вычислений.

Цифровой прибор

Цифровой прибор выдает результат в числовой форме . Этот прибор более точен по сравнению с аналоговым прибором, поскольку при считывании не возникает человеческая ошибка.

Аналоговый прибор

Инструмент, выходной сигнал которого постоянно изменяется, известен как аналоговый инструмент.На аналоговом приборе есть стрелка, которая показывает величину измеряемых величин. Аналоговые устройства подразделяются на два типа.

Прибор нулевого типа

В этом приборе нулевое отклонение или нулевое отклонение указывает величину измеряемой величины. Инструмент отличается высокой точностью и чувствительностью. В приборе с нулевым отклонением используются одна известная и одна неизвестная величина. Когда значения известной и неизвестной измеряемых величин равны, стрелка показывает нулевое или нулевое отклонение.Инструмент нулевого отклонения используется в потенциометре и гальванометре для получения нулевой точки.

Инструмент отклоняющего типа

Прибор, в котором значение измеряемой величины определяется посредством отклонения стрелки, известен как прибор отклоняющего типа. Измеряемая величина отклоняет указатель подвижной системы прибора, который закреплен на калиброванной шкале. Таким образом, величина измеряемой величины известна.

Инструмент отклоняющего типа подразделяется на три типа.

  1. Индикаторный прибор — Индикатор, показывающий величину измеряемой величины, известен как индикаторный прибор . Показывающий прибор имеет циферблат, который перемещается по градуированной шкале. Вольтметр, амперметр, измеритель коэффициента мощности являются примерами показывающего прибора.
  2. Интегрирующий инструмент — Инструмент, который измеряет общую энергию, подаваемую в определенный интервал времени, известен как интегрирующий инструмент.Полная энергия, измеренная прибором, является произведением времени и измеренных электрических величин. Счетчик энергии, счетчик ватт-часов и счетчик энергии являются примерами интегрирующего инструмента.
  3. Записывающий прибор — прибор записывает состояние цепи через определенный интервал времени, известный как записывающий прибор . Подвижная система записывающего прибора несет ручку, которая слегка касается листа бумаги. На листе бумаги прослеживается движение катушки.Кривая, нарисованная на бумаге, показывает изменение измерения электрических величин.

Время отклика электронного прибора очень велико по сравнению с электрическим и механическим устройством.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *