V nabídce firmy Analog Devices jsou nejen digitální senzory teploty, ale i zajímavé analogové, ať již kompletní jednoduché senzory (např. AD590) nebo převodníky pro zpracování slabých signálů z termočlánků (např. AD596) s napěťovým nebo proudovým výstupem.

Mimo dnes stále populárnější digitální senzory teploty, často označované jako inteligentní (smart), jsou v nabídkách firem stále i "klasické" integrované analogové teplotní senzory, které uvnitř pouzder integrovaných obvodů obsahují zapojení s bipolárními tranzistory a operačními zesilovači. I když to může dnes někomu připadat archaické, ne vždy je příhodné programovat nějaký procesor, aby nám zpracoval nějaká ty data "lezoucí" obvykle po nějaké sériové lince. V jednoduchých aplikacích je stále ještě jednoduší použít senzor analogový připojený na komparátor nebo na obvod sloupcového budiče LED (bar graph). Také není nutné zapínat PC a při výrobě takového analogového zařízení vystačíme s pouze s pájkou a bez softwaru a programátoru. Když chceme navíc signál dále přenášet například po analogové proudové smyčce 4-20 mA, je vhodnější použít přímo analogový senzor místo složitě programovaného MCU, které bude převádět digitální data na analogový signál pro smyčku. Prostě stále existuje mnoho aplikací, kde je jednoduší a ekonomičtější použít dnešní moderní integrované analogové obvody pro měření teploty. Takové senzory jsou v nabídce i firmy Analog Devices. Příklady tří zástupců uvádí následující článek.

Použití analogových teplotních senzorů

• Počítačová technika, servery, pracovní stanice, harddisk jednotky, PC periferie
• Měření teploty v mobilních aplikacích
• Regulace topení a vytápění
• Měření teploty vnitřního i venkovního prostoru
• Kontrola a detekce přehřátí či podchlazení
• Testování zařízení
• Klimatizace
• Teplotní ochrana zařízení a součástek
• Funkce termostatu
• Řízení větráků, detekce překročení mezních teplot systému nebo prostoru

 

AD590 - Two-Terminal IC Temperature Transducer

Provedení: AD590 je analogový dvouvývodový senzor teploty, který se chová jako lineárně teplotně závislý zdroj proudu. Senzor existuje ve několika verzích vyznačující se různou nakalibrovanou přesností a nelinearitou. Nejlepší verze AD590M se vyznačuje, díky laserem kalibrovaným vnitřním odporům, velmi malou nepřesnost 0.3 °C v okolí teploty 25 °C a 1.7 °C přes celý měřený rozsah. Výhodou takto koncipovaného senzoru je možnost libovolného zapojování několika senzorů do série nebo paralelně a tím posilovat vliv měřené teploty.

Princip funkce: Vnitřní zapojení senzoru je na následujícím obrázku s množstvím zapojených tranzistorů. I když zapojení vypadá složitě a nepřehledně, je zde měření teploty založeno na klasickém principu využití změny napětí báze-emitor tranzistorů zapojených v diferenčním zesilovači a tranzistorových proudových zrcadlech. Toto napětí se pak přes integrované rezistory převádí na změnu proudu. V uvedeném zapojení jsou teplotně citlivé tranzistory Q8 a Q11. Změna napětí UBE na zmíněných tranzistorech se pak přenáší na změnu úbytku napětí na odporech R5 a R6. Ty pak přeměňují dle Ohmova zákona změnu napětí na změnu proudu. Pro přesně definovanou změnu proudu s co nejmenší chybou je nutné právě odpory R5 a R6 nastavit co nejpřesněji. Proto je jejich hodnota nastavována pomocí vypalování laserem pro teplotu 25 °C.

Hlavní vlastnosti:

• Napájení: 4 V až 30 V
• Měřící teplotní rozsah: -55°C až +150°C
• Nepřesnost (kalibrace na 25 °C): max. ±0.5 °C (verze AD590M), ±5.0 (AD590J), ±2.5 °C (AD590K)
• Linearita (přes celý rozsah): ±0.3°C (verze AD590M), ±1.5 (AD590J), ±0.8 °C (AD590K)
• Teplotní koeficient: 1 µA/K
• Opakovatelnost: ±0.1 °C
• Dlouhodobý teplotní drift: ±0.1 °C
• Výstup: chová se jako proudový zdroj s proudem 298.2 µA při 25°C a s teplotním koeficientem 1 µA/K
• Výstupní rozhraní: dvouvodičový, senzor se chová jako zdroj proudu se vstupem a výstupem
• Pouzdro: 2vývodový CQFP (Ceramic Flat Package), 8vývodový SOIC (Standard Small Outline Package), 3vývodový TO-52 (Pin Metal Header Package)

Katalogový list obvodu AD590 (18 stran - 3200kB)

AD22103 - Voltage Output Temperature Sensor with Signal Conditioning

Provedení: AD22103 je teplotní senzor s napěťovým výstupem lineárně závislým na měřené teplotě. Vnitřní struktura senzoru je založena na odporovém teplotním snímači podobný kovovým odporovým snímačům, který je buzený vnitřním zdrojem proudu I. Změna napětí na odporu snímače je pak zpracována neinvertujícím zapojením OZ (viz. obrázek 4.). Výstup je pak posílen výstupním výkonovým stupněm s tranzistorem. Ten také zajišťuje nízký odpor výstupu. Výstupní signálové napětí se pohybuje od +0.25 V při 0°C do +3.05 V při +100°C. Obvod má ochranu přepolarizování napájecího napětí a velmi nízký samotný ohřev způsobující chybu měření.

Hlavní vlastnosti:

• Napájení (VS): +2.7 V až +3.6 V
• Spotřeba: max. 600 µA
• Měřící teplotní rozsah: 0°C až +100 °C
• Přesnost: typ. ±0.75 °C, max. ±2.5 °C v celém měřeném rozsahu (typ. 0.5 °C okolo 25 °C)
• Nelinearita: typ. 0.1, max. 0.5 % z plného rozsahu
• Výstupy: transformační funkce VOUT = (VS/3.3 V) x [0.25 V + (28 mV/°C) x TA] a teplotní koeficient (VS/3.3 V) x 28 mV/°C
• Výstupní rozhraní: jednovodičový výstup VOUT
• Pouzdro: 3vývodový TO-92 nebo 8vývodový SOIC

Katalogový list obvodu AD22103 (6 stran - 230kB)

AD596/AD597 - Thermocouple Conditioner and Setpoint Controller

Provedení: Obvody AD596 a AD597 nejsou ani tak senzory, jako obvody pro zpracování signály termočlánků typu J (AD596) a K (AD597). Ty provádějí kompenzaci studeného konce termočlánků (ICE POINT COMP), zesílení a zpracování na výstupní analogový napěťový signál s převodní konstantou 10 mV/°C. Navíc jsou k dispozici ALARM výstupy -ALM a +ALM za nimiž se ukrývá spínací tranzistor, který umožňuje spínat proudy 20 mA. Spínání je pak řízeno zvolenou rozhodovací úrovní přivedenou na vstup FB a hysterezí určenou externím odporem na vstupu HYS.

Hlavní vlastnosti:

• Napájení: jedním zdrojem +5 V až +30 V, nebo diferenčním zdrojem s -15 až 15 V
• Spotřeba: typ. 160 µA , max. 300 µA
• Pracovní teplotní rozsah obvodu:–55°C až +125°C
• Měřící rozsah J termočlánku (obvod AD596): –200°C až +760°C
• Měřící rozsah K termočlánku (obvod AD597): –200°C až +1250°C
• Přesnost: max. ±4°C (při teplotě obvodu 60 °C)
• Stabilita: 0.05°C/°C
• Výstupy: výstupní signál s převodní funkcí 10 mV/°C, alarm - logický signál
• Výpočet výstupního napětí VOUT: AD596 výstup = ( napětí J termočlánku + 301.5 mV) x 180.57, AD597 výstup = (napětí K termočlánku) x 245.46
• Výpočet referenčního napětí pro ALARM: AD596 Setpoint Voltage = °C x 9.6 mV/°C + 42 mV, AD597 Setpoint Voltage = °C x 10.1 mV/°C – 9.1 mV
• Výstupní rozhraní: jednovodičový signálový výstup zatížitelný až proudem 5 mA, ALARM vstupy/výstupy zatížitelné až 20 mA
• Pouzdro: 10vývodové TO-100 a 8vývodové SOIC
• Další: externí nastavení hystereze rezistorem

Katalogový list obvodů AD596/AD597 (8 stran - 208kB)

Závěr

I když někteří technici téměř cokoliv analogového už zavrhují, analogové senzory mají stále velké uplatnění na poli měření teploty. Lze je stále najít ve většině nabídkách firem, které se teplotními senzory zabývají. Důkazem jsou i předchozí články ze série o inteligentních senzorech teploty na stránkách serveru automatizace.hw.cz.

DOWNLOAD & Odkazy

• Domovské stránky firmy Analog Devices - www.analog.com
  
  
• Katalogový list obvodu AD590 (18 stran - 3200kB)
• Katalogový list obvodu AD22103 (6 stran - 230kB)
• Katalogový list obvodů AD596/AD597 (8 stran - 208kB)
  
  
• článek o inteligentních digitálních senzorech teploty Analog Devices na stránkách automatizace.hw.cz
• článek o inteligentních senzorech teploty Microchip na stránkách automatizace.hw.cz
• Další články týkající se senzorů na serveru automatizace.HW.cz