Senzori de temperatura

1. Senzori de temperatura • Elementul sensibil se bazeaza pe variatia de rezistenta a materialelor semiconductoare. • Furnizeaza o caracteristica liniara in frecvenţă, perioadă, numar de impulsuri, factor de umplere, impulsuri modulate (PWM) si au ieşirea in temperatura direct sub formă cvasi-digitala. • Cei mai utilizati senzori de temperatura integrati sunt: TMP03/TMP04; TMP05/TMP06 de la Analog Devices, MAX6576/MAX6577;MAX6666/MAX6667;MAX6672/MAX6673; MAX6676/MAX6677 de la MAXIM, SMT 160-30 de la SMARTEC; SBE 3F de la Sea- Bird Electronics; AD 74-78 de la DWYER INSTRUMENTS, INC., etc.

2. TMP03/04 TEMPERATURE SENSOR VPTAT DIGITAL MODULATOR VREF 1 2 3 DOUT GND V+ Senzori de temperatura TMP03/TMP04 • Sunt detectoare monolitice de temperaturacu iesire PWM (iesire digitala modulata serial). Senzorul semiconductor de temperatura integrat pe acelasi cip furnizeaza o tensiune VPTAT riguros proportionala cu temperatura ce este comparata cu o tensiune interna de referinta VREF si apoi aplicata unui modulator (convertor) digital de precizie. Semnalul de iesire digital serial este obtinut in urma unei codificari de tip raport ceea ce-l face independent in comparatie cu erorile clasice de drift comune tuturor celorlalte convertoare de tip serial (de ex. cele de tip tensiune frecventa). • Au o precizie de ±1.5 0C si o rezolutie de16-biti in gama de temperatura –40 0C la +100 0C,dar operational pana la 150 0C cu reducerea preciziei.

3. ∑ ∆ MODULATOR INTEGRATOR COMPARATOR VOLTAGE REFERENCE AND VPTAT ʃ + + + - - • BIT • DAC TMP 03/04 OUT (SINGLE BIT) DIGITAL FILTER CLOCK GENERATOR Senzori de temperatura TMP03/TMP04 Iesirea senzorului TMP03 este pe colector deschis capabil sa suporte 5 mA. Ca urmare astfel de senzori sunt indicati a fi utilizati pentru sisteme de masura ce presupun circuite de izolatie galvanica cu optocuploare sau cu transformatoare. Iesirea senzorului TMP04 este compatibila CMOS/TTL si ca urmare este usor de interfatat cu intrarile seriale ale microprocesoarelor. Iesirea seriala a senzorului este digitizata prin intermediul unui modulator (convertor A/N) de tip sigma/delta ce utilizeaza supraesantionarea timp/domeniu pentru a oferi o rezolutie efectiva de 12 biti intr-un circuit supercompact. Practic un asemenea convertor (fig. de mai jos) consta dintr-un sumator a impulsului de intrare dependent de temperatura (liniar) cu o tensiune de referinta, un integrator, un comparator si un convertor A/N de 1 bit.

4. Senzori de temperatura TMP03/TMP04 Similar conversiei tensiune frecventa, aceasta arhitectura asigura o reactie negativa ce permite minimizarea iesirii integratorului prin modularea (esantionarea) iesirii comparatorului in functie de schimbarile tensiunii de intrare. Aceasta esantionare a comparatorului utilizand semnalul de iesire a integratorului la o viteza mai mare decat frecventa de esantionare de intrare este in fapt acea supraesantionare. Aceasta are ca rezultat diminuarea efectului zgomotului de banda mai larga decat a semnalului de intrare ce se suprapune peste acesta, imbunatatind nivelul global de zgomot si crescand precizia la nivelul de 12 biti. Ieşire modulata a comparatorului este codificata cu ajutorul unuicircuit de tip raport, usor de preluat si procesat prin intermediul unui microprocesor, fie în grade Celsius fie in grade Fahrenheit, şi deasemenea uşor de transmis sau modulat pe un singur fir. Prelucrarea exactă a unui semnal analogic necesită alegerea exacta a intervalului de eşantionare pentru a menţine o reprezentare precisă a semnalului în domeniul timp. Pentru a realiza acest lucru, se utilizeaza un ceas simplu, compact intern şi un modulator cu supraeşantionare insensibil la variaţiile frecventei de eşantionare. Ceea ce este important este faptul ca semnalul este digitalizat si codificat într-un format ratiometric în care frecvenţa exactă a ceasului este irelevanta şi efectele variaţiilor de ceas sunt efectiv anulate la decodare de filtru digital.

5. T1 T2 Senzori de temperatura TMP03/TMP04 Perioadele de timp T1 (perioada mare) şi T2 (perioada scăzuta) suntvalori uşor de citit de către timerul unui microprocesor iarcalculele de mai sus sunt efectuate în software-ul acestuia. Deoarece ambele perioade sunt obţinute consecutiv, folosind acelaşi ceas, efectuarea divizarii conform formulelorîntr-o valoare ratiometrica este independenta de frecvenţă. Cum T1 este perioada de referinta (de obicei 12 ms), perioada T2 va fi cea dependenta de temperatura. • Formatul de ieşire este uşor de decodat de către utilizator, după cum urmează:

6. Hz 70 60 50 40 30 20 10 0 75 175 -25 0C -75 25 125 Senzori de temperatura TMP03/TMP04 • Frecventa de iesire functie de temperatura

7. ms 45 40 35 T2 30 25 20 15 T1 10 5 0 75 175 -25 0C -75 25 125 Senzori de temperatura TMP03/TMP04 • T1 si T2 functie de temperatura

8. Senzori de temperatura • In multe aplicaţii, este necesară prelevarea unor semnale lente, în condiţii de imunitate ridicată la zgomot. Una din cele mai simple soluţii, constă în utilizarea convertoarelor v/f chiar în construcţia traductoarelor, astfel încât ieşirea lor să fie uşor de transmis la distanţă . • Fig. de pe slideul urmator prezintă un termometru numeric, bazat pe modificarea cu temperatura a căderii de tensiune directă pe o diodă cu Si (-2 mV/°C). Pentru asigurarea preciziei şi repetabilităţii măsurării, se utilizează un tranzistor cu Si (T2 - 2N2222), conectat ca diodă; acesta este alimentat cu un generator de curent constant (T1), folosind ca referinţă o diodă stabilizatoare termocompensată (DZ6V2+1N4148). Prin grupul R1, R2 şi R3 se fixează capătul inferior al gamei de lucru (afişarea temperaturii 0°C, iar cu R4 se reglează sensibilitatea (care trebuie să fie de 10 Hz/°C), astfel încât utilizând un numărător cu baza de timp 1 secundă, să se poată afişa direct temperatura în °C. • unde f0 este frecvenţa impulsurilor date de convertorul v/f, UT, tensiunea generată de traductor (între -700 mV şi -500 mV, pentru un interval de temperaturi de 100°C), Us este tensiunea de decalaj corespunzătoare reglajului de zero, n0 este numărul de impulsuri afişate, T reprezintă temperatura mediului, iar Ts este temperatura echivalentă regla­jului de zero. Instrumentul realizat permite măsurarea temperaturilor pozitive, între 0°C şi 100°C, cu o rezoluţie de 0,1%, la un timp de măsurare de 1 secundă.

9. Senzori de temperatura • unde f0 este frecvenţa impulsurilor date de convertorul v/f, UT, tensiunea generată de traductor (între -700 mV şi -500 mV, pentru un interval de temperaturi de 100°C), Us este tensiunea de decalaj corespunzătoare reglajului de zero, n0 este numărul de impulsuri afişate, T reprezintă temperatura mediului, iar Ts este temperatura echivalentă regla­jului de zero. Instrumentul realizat permite măsurarea temperaturilor pozitive, între 0°C şi 100°C, cu o rezoluţie de 0,1%, la un timp de măsurare de 1 secundă.