Senzory teploty patří obecně mezi nejžádanější snímače. V následujícím článku jsem náhodně vybral několik zajímavých typů smart senzorů teploty od různých výrobců za účelem stručného porovnání jejich vlastností.

Teplota je a jistě dále bude patřit k nejvíce měřeným neelektrickým veličinám v oblasti průmyslové regulace i spotřební a výpočetní elektroniky. K tomu je na trhu nepřeberné množství různých senzorů teploty pracující na různých fyzikálních principech. S postupující digitalizací se objevily tzv. inteligentní senzory teploty (smart temperature sensors). Ty již obsahují snímač teploty integrovaný přímo na chipu nebo přímé rozhraní pro připojení externího teplotně citlivého snímače (např. PN přechod). Senzor pak dále provádí zpracování signálu (linearizace, korekce, redukce šumu apod.) a hlavně téměř vždy A/D převod pro digitální výstup na pinech součástky. často se vyskytují i přídavné funkce jako jsou různé režimy snížení spotřeby energie (shutdown mód), nastavení rozsahu s indikací jeho překročení.

Dále v tomto článku uvádím některé zajímavé reprezentanty integrovaných senzorů teploty. Je to jen miniaturní zlomek toho, co se objevuje na světovém i českém trhu.

Použití inteligentních teplotních senzorů

• Počítačová technika, servery, pracovní stanice
• Měření teploty v mobilních aplikacích
• Regulace topení a vytápění
• Měření teploty vnitřní i venkovního prostoru
• Kontrola a detekce přehřátí či podchlazení
• Testování zařízení

MAX6680/6681 firmy MAXIM

Provedení: Inteligentní senzor pro přesné dvoukanálové měření teploty. Jeden senzor je umístěný přímo na chipu obvodu, druhý připojitelný externí PN přechod. Použít lze například tranzistory NPN 2N3904 nebo PNP 2N9306. U obou je možné naprogramovat úroveň teploty, při kterém se aktivuje signál OVERT, který může snížit hodinový signál nebo vypne monitorovací systém. Výstup ALERT informuje o získání nové naměřené hodnoty a může sloužit k hardwarovému přerušení řídícího systému (MCU či CPU).

Hlavní vlastnosti:

• Napájení: 3.0 až 5.5 V
• Spotřeba: 150 µA
• Měřící teplotní rozsah: -55°C až +125°C
• Přesnost: 1 °C
• Rozlišení: 0.125 °C
• Výstup: 10bit. A/D převodník + znaménko, rychlost převodu 62.5 ms
• Výstupní rozhraní: dvouvodičová sběrnice kompatibilní s SMBus (System Managment Bus)
• Pouzdro: QSOP-16
• Další: programovatelná vzorkovací rychlost 4Hz (10bit.+znam.) nebo 8 Hz (7bit.+znam.), není nutná kalibrace, indikace překročení teploty ALERT

Katalogový list obvodu MAX6680/6681 (17 stran - 250kB)

AD7414/7415 firmy Analog Devices

Provedení: Inteligentní senzor pro teploty prostřednictvím PN přechodu. Na chipu jsou dva nastavitelné registry pro uložení horní a dolní meze v sledovaném prostoru. Po překročení mezí je vyslán signál ALERT. Dále lze vyslat signál SMBus alert, když dojde k překročení mezní teploty (pouze AD7414).

Hlavní vlastnosti: Napájení: 2.7 V až 5.5 V Spotřeba: <1mA ( 3 µA při shutdown módu) Měřící teplotní rozsah: -40 až +85 °C Přesnost: 2 °C (0.5 V při 40°C) Rozlišení: 0.25 °C Výstup: 10bit. A/D převodník, rychlost převodu 0.025 ms; ALERT výstup: 0.8xVmax při 4 mA. Výstupní rozhraní: dvouvodičová sběrnice kompatibilní s SMBus a I2C Pouzdro: 6pin (AD7414) nebo 5pin (AD7415) SOT-23 Další: ALERT indikace překročení nastavených mezních teplot v 8bit. registrech (AD7414), měření hodnoty na povel přes SMBus

Obr. 2. Blokové schéma vnitřku obvodu AD7414 a AD7415 (detail)

Katalogový list obvodu AD7414/7415 (20 stran - 520kB)

MAX6610/6611 firmy MAXIM

Provedení: Jednoduchý analogový senzor teploty s integrovaným senzorem a referenčním zdrojem napětí 2.560 V nebo 4.096 V na chipu .

Hlavní vlastnosti:

• Napájení: 3 až 5.5 V (MAX6610); 4.5 až 5.5 V (MAX1611)
• Spotřeba: typ. 0.15 mA (1 µA při shutdown módu)
• Měřící teplotní rozsah: -40 až +125 °C
• Přesnost: 1.2 °C (okolo 25 °C) a 5 °C (v celém rozsahu)
• Rozlišení: 0.25 °C (10bit. A/D převod)
• Analogový výstup: 1.2 V při 0°C a strmost 16 mV/°C (MAX6610) nebo 0.75 V a 10 mV/°C (MAX6611)
• Pouzdro: SOT-23
• Další: Integrovaný referenční zdroj napětí 2.560 V (MAX6610) nebo 4.096 (MAX6611) s teplotním koeficientem 10ppm/°C

Katalogový list obvodu MAX6610/6611 (6 stran - 150kB)

LM76 firmy National Semiconductor

Provedení: Inteligentní senzor pro měření teploty prostřednictvím čidla na chipu. Na chipu jsou dále, mimo 13bit. A/D převodníku, tři komparátory s MOSFET s otevřeným kolektorem. Jeden je pro detekci kritické teploty, zbylé pak pro indikaci překročení mezní nízké nebo vysoké hodnoty teploty. Všechny hodnoty teploty lze spolu s hysterezí nastavit programově v registrech obvodu.

Hlavní vlastnosti:

• Napájení: 3.3 nebo 5 V
• Spotřeba: 0.5 mA (18 µA v shutdown módu)
• Měřící teplotní rozsah: max. -55°C až +130°C (jinak méně dle požadované přesnosti)
• Přesnost: 0.5 °C (okolo 25°C); 1°C (rozsahu -10 až 45°C nebo 70 až 100°C)
• Rozlišení: 0.0625 °C
• Výstupy: 13bit. A/D převodník (12bit. + znaménko), rychlost převodu 500 ms; 3 komparátory
• Výstupní rozhraní: dvouvodičová sběrnice kompatibilní s SMBus a I2C.
• Pouzdro: SOT-8
• Další: měnitelná adresa snímače - až 4 LM76 na jedné sběrnici, detekce překročení programově nastavených třech hodnot teploty

Katalogový list obvodu LM76 (16 stran - 360kB)

LM83 firmy National Semiconductor

Provedení: Inteligentní senzor pro číslicové měření teploty až na čtyřech místech. Jedno teplotní čidlo je přímo integrované na chipu obvodu, zbylé pak jsou externí v podobě PN přechodu (tranzistor, dioda - např. 2N3904). Dále senzor obsahuje možnost programově nastavit dvě mezní hodnoty teploty prostřednictvím sběrnice a vnitřních registrů. Po překročení těchto hodnot se aktivují výstupy T_CRIT_A, resp. INT.

Hlavní vlastnosti:

• Napájení: 3 až 3.6 V
• Spotřeba: max. 0.8 mA
• Měřící teplotní rozsah: 0 až +125 °C (externí PN snímače), 0 až +85°C (interní snímač)
• Přesnost: 3 °C (interní snímač na chipu); 1°C (externí snímač)
• Rozlišení: 1°C
• Výstupy: 8bit. A/D převodník Sigma-Delta (zvýšená odolnost proti šumu), rychlost převodu max. 600 ms všech vstupů/teplot
• Výstupní rozhraní: dvouvodičová sběrnice kompatibilní s SMBus a I2C.
• Pouzdro: QSOP-16
• Další: 2x indikace překročení hodnot teploty nastavených v registrech, nastavení adresy senzoru - až 9 senzorů na sběrnici

Katalogový list obvodu LM83 (20 stran - 360kB)

TMP141 firmy Texas Instruments (Burr-Brown)

Provedení: Inteligentní 10bitový digitální senzor pro číslicové měření teploty. Teplotní snímač typu dioda (PN přechod) je integrovaný přímo na chipu a není tedy nutné použít žádné externí součástky. Minimální vlastní ohřívání senzoru neovlivňuje měření ani na úrovni LSB bitu výstupu. Na výstupu SWD se připojuje Single-Wire Data bus, což je sběrnice dle protokolu SensorPathTM. Na jedné sběrnici mouhou být adresovány až čtyři teplotní senzory TMP141 (adresové vstupy A0 a A1 - viz. obr. 9.). Na chipu je též obsažen registr obsahující identifikující typ součástky, výrobce, označení apod.

Hlavní vlastnosti: Napájení: 2.7 V až 5.5 V Spotřeba: 0.11 mA (0.08 mA v standby módu) Měřící teplotní rozsah: -40°C až +125°C Přesnost: 2°C (-25°C to +85°C), 3°C (celý rozsah) Rozlišení: +0.25°C (10-bit) Výstupy: 10bit. A/D převodník Sigma-Delta (zvýšená odolnost proti šumu), rychlost převodu typ. 190 ms Výstupní rozhraní: jednovodičová sběrnice s protokolem SensorPathTM Pouzdro: 6pin SOT-23 nebo 8pin MSOP Další: adresovací vstupy A0 a A1 - až 4 senzory na jedné sběrnici, vnitřní identifikační registr

Obr. 8. Blokové schéma vnitřku obvodu TMP141 (detail)

Katalogový list obvodu TMP141 (19 stran - 310kB)

Závěr

V tomto článku jsem zabrousil na pole integrovaných teplotních senzorů a vybral pár, dle mého názoru, zajímavých zástupců pro porovnání a ukázku, co se na trhu zhruba vyskytuje. Každý je vhodný trošku pro jinou aplikaci v závislosti na rozsahu měření teploty, rozlišení a přesnosti, komunikace senzoru, napájení apod. časem se pak předpokládám pokračování toho článku s dalšími zajímavými reprezentanty. Proto sledujte stránky serveru automatizace.HW.cz.

DOWNLOAD & Odkazy

• Katalogový list obvodu MAX6680/6681 (17 stran - 250kB)
• Katalogový list obvodu AD7414/7415 (20 stran - 520kB)
• Katalogový list obvodu MAX6610/6611 (6 stran - 150kB)
• Katalogový list obvodu LM76 (16 stran - 360kB)
• Katalogový list obvodu LM83 (20 stran - 360kB)
• Katalogový list obvodu TMP141 (19 stran - 310kB)
  
  
• článek o inteligentním senzoru teploty SMT160-30 na stránkách HW serveru
• článek o použití senzoru SMT160-30 s MCU PIC na stánkách HW serveru
• článek o integrovaných senzorech tlaku na stránkách automatizace.HW.cz
• Další články týkající se senzorů na serveru automatizace.HW.cz