Интегральные датчики температуры National Semiconductor

Интегральные датчики температуры отличаются от других типов термодатчиков тем, что работают в диапазоне, обычно ограниченном температурой от -55 до 150°С. Часть интегральных датчиков температуры имеет указанный диапазон измерения, часть имеет более узкий диапазон, что обусловлено либо используемым типом корпуса, либо сделано для снижения стоимости. Самой главной отличительной особенностью интегральных датчиков по сравнению с другими типами датчиков температуры является их богатая функциональность. Интегральный кремниевый датчик температуры включает в себя термочувствительный элемент – первичный преобразователь температуры и схему обработки сигнала, выполненные на одном кристалле и заключенные в единый корпус. В отличие от использования термопар, в данном случае отсутствует необходимость разрабатывать схему компенсации холодного спая и схему линеаризации выходного сигнала. Также нет необходимости разрабатывать и применять внешние схемы компараторов или АЦП для преобразования аналоговых сигналов в логические уровни или цифровой код на выходе – все эти функции уже встроены в некоторые серии интегральных датчиков температуры.

Датчики температуры NSC можно разделить на пять групп:

  • датчики температуры с аналоговым выходом;
  • датчики температуры с цифровым выходом;
  • термостаты;
  • датчики температуры с выносным диодом;
  • датчики температуры с функциями управления.

Интегральные датчики температуры с аналоговым выходом имеют линейный характер функции выходного напряжения от температуры, причем зависимость может быть как прямая, так и обратная, соответственно знак чувствительности у этих групп разный.

Рассмотрим теперь несколько характерных представителей датчиков температуры от NSC более подробно.

Датчики температуры с выходом по напряжению могут иметь различную градуировку – по шкале Кельвина либо по шкале Цельсия. Датчики LM135, LM235, LM335 имеют выходное напряжение пропорциональное абсолютной температуре с номинальным значением температурного коэффициента составляющим 10 мВ/°К. При этом номинальное выходное напряжение при 0°С составляет 2,73 В, и 3,73 В при 100°С. Обычно эти датчики включаются по схеме, представленной на рисунке 1. Третий вывод позволяет осуществлять подстройку точности, для этого используется подстроечный резистор. Температурная погрешность датчика LM135 без использования подстроечного резистора в диапазоне температур измерения -55…150°С составляет ±2,7°С, а с внешним подстроечным резистором уменьшается до ±1°С в рамках всего рабочего диапазона.

ris1_10_07datchiki

Рис. 1. Типовая схема включения датчика LM335

ris2_10_07datchiki

Рис. 2. Типовая схема включения датчика LM50, имеющего смещение выходного напряжения

Датчики LM35 и LM45 имеют выходное напряжение, пропорциональное шкале Цельсия (Кт = 10 мВ/°С). При температуре 25°C эти датчики имеют на выходе напряжение 250 мВ, а при 100°С на выходе – 1,0 В. Эти датчики могут применяться и для измерения отрицательных температур. Для этого используется согласующий резистор, который включается между выходным выводом и напряжением «ниже земли». Датчик LM50 является «однополярным», потому что он, в отличие от LM35 и LM45, может измерять отрицательные температуры без использования смещения. Этот датчик имеет чувствительность 10 мВ/°С и смещение на выходе 500 мВ (см. рис. 2). Таким образом, на выходе будет 500 мВ при 0°С, 100 мВ при -40°С и 1,5 В при 100°С.

Датчик LM60 похож на предыдущую рассмотренную модель LM50, но предназначен для применения в схемах с батарейным питанием порядка 2,7 В. Значение тока утечки 110 мкА достаточно мало, что делает его привлекательным для использования в подобных задачах. Чувствительность этого датчика составляет 6,25 мВ/°С, а смещение выходного напряжения – 424 мВ. В результате выходное напряжение при 0°С составляет 424 мВ, 174 мВ при -40°С и 1,049 В при 100°С.

Необходимо отметить, что в линейке есть датчики и с токовым выходом. Несмотря на то, что в оригинальной технической документации LM134/LM234/LM334 называется регулируемым источником тока, это датчик температуры с токовым выходом, пропорциональным абсолютной температуре. Чувствительность данного датчика задается одним внешним резистором Rуст. в пределах от 1 до 3 мкА/°С (см. рис. 3). Типичная величина чувствительности составляет 1мкА/°С. Подстройка чувствительности может улучшить точность измерения во всем рабочем диапазоне температур. Напряжение питания данных датчиков может варьироваться от 1 до 40 В.

ris3_10_07datchiki

Рис. 3. Типовая схема включения датчика LM134

Параметры датчиков температуры с аналоговым выходом можно сравнить в сводной таблице 1.

Таблица 1. Датчики температуры с аналоговым выходом

Наиме-
нование
Температур-
ный диапа-
зон, °C
Точ-
ность,
±°C
Чувстви-
тельность,
мВ/°C
UПИТ, В IПИТ,
мкА
Тип корпуса
LM20B -55…130 2,5 -11,7 2,4…5,5 10,0 SC70-5
LM20S -40…125 3,5 -11,7 2,4…5,5 10,0 Micro SMD-4
LM34A -50…300°F 2,0°F 10,0 мВ/°F 5,0…30,0 163,0 TO46-3
LM34D -32…212°F 4,0°F 10,0 мВ/°F 5,0…30,0 159,0 SO-8, TO46-3, TO92-3
LM35A -55…150 1,0 10,0 4,0…30,0 105,0 TO46-3
LM35CA -40…100 1,0 10,0 4,0…30,0 91,0 TO46-3, TO92-3
LM45B -20…100 2,0 10,0 4,0…10,0 160,0 SOT23-3
LM50B -25…100 2,0 10,0 4,5…10,0 180,0 SOT23-3
LM60B -25…125 3,0 6,25 2,7…10,0 125,0 SOT23-3, TO92-3
LM61B -25…85 3,0 10,0 2,7…10,0 155,0 SOT23-3, TO92-3
LM62B 0…90 +2,5/-2,0 15,6 2,7…10,0 165,0 SOT23-3
LM135 -55…150 2,0 10,0 >400,0 TO46-3
LM235 -40…125 2,0 10,0 >400,0 TO46-3
LM335 -40…100 4,0 10,0 >400,0 SO-8, TO46-3, TO92-3
LM94021 -50…150 1,5 -5,5…-13,6 регул 1,5…5,5 9,0 SC70-5

Вторая группа датчиков в классификации – это датчики температуры с цифровым выходом.Основные технические параметры датчиков этих серий сведены в таблицу 2.

Таблица 2. Датчики температуры с Цифровым выходом

Наиме-
нова-
ние
Диапа-
зон измеря-
емых темпе-
ратур, °C
Точ-
ность изме-
рения
во всем
диапа-
зоне Темпе-
ратур;
°C
Раз-
реше-
ние,
бит**
Раз-
реше-
ние,
°C
Uпит, В Iпит,
мкА
Ре-
жим энер-
го-
сбе-
ре-
же-
ния
Тип корпуса Интерфейс
LM71 -40…150 +3,5/-2 14  0,03125 2,65…5,5 300 LLP-6
SOT23-5
SPI
MICROWIRE
LM74 -55…150 ±3 13  0,0625 2,65…5,5 265 + SO-8
Micro SMD-4
SPI
MICROWIRE
LM76 -55…150 ±1* 13  0,0625 3,0…5,5 250 + SOP-8 I2C
LM92 -55…150 ±1,5* 13  0,0625 2,7…5,5 350 + SOP-8 I2C
LM95071 -40…150 ±2 14  0,03125 2,4…5,5 280 + SOT23-5 SPI
MICROWIRE

*– точность соответствует более узкому температурному диапазону

**– включая биь знака температуры

Рассмотрим функциональный состав датчика этой группы на примере LM75. В состав входит непосредственно сам термочувствительный элемент, дельта-сигма АЦП, двухпроводной цифровой последовательный интерфейс I2C и регистры управления работой (см. рис. 4). Температура измеряется постоянно, и может быть считана в любой момент времени. Существует возможность использования LM75 в качестве монитора температуры, который следит за ее изменениями и при выходе значения температуры за установленный предел, выдает логический сигнал на выходе – высокий или низкий уровень (знак можно задать). Таким образом, LM75 может являться ядром при построении системы управления температурой. Данные представляются 9-битным словом, из них один бит отводится на знак. Таким образом, разрешающая способность составляет 0,5°С. Погрешность данного датчика в диапазоне температур -25…100°С составляет ±2°С, а в диапазоне -55…125°С составляет ±3°С.

ris4_10_07datchiki

Рис. 4. Схема электрическая функциональная датчика LM75

Таблица 3. Интегральные термостаты с заводскими установками температуры срабатывания

Наименование Темпе-
ратура
срабаты-
вания,
°C
Диапазон
рабочих
темпера-
тур, °C
Точ-
ность,
±°C
Чувст-
витель-
ность,
мВ/°C
UПИТ, В IПИТ,
мкА
Тип
корпуса
LM26CIM5-PHA 50 -55…125 3,0 -10,82 2,7…5,5 40,0 SOT23-5
LM26CIM5-SHA 70 -55…125 3,0 -10,82 2,7…5,5 40,0 SOT23-5
LM26CIM5-TPA 85 -55…125 3,0 -10,82 2,7…5,5 40,0 SOT23-5
LM26CIM5-VPA 95 -55…125 3,0 -10,82 2,7…5,5 40,0 SOT23-5
LM26CIM5-XPA 105 -55…125 3,0 -10,82 2,7…5,5 40,0 SOT23-5
LM26CIM5-YPA 115 -55…125 3,0 -10,82 2,7…5,5 40,0 SOT23-5
LM27CIM5-1HJ 130 -40…150 3,0 -10,82 2,7…5,5 40,0 SOT23-5

Следующую группу датчиков температуры составляют интегральные термостаты (таблица 3). Эта группа представлена четырьмя сериями: LM26, LM27, LM56 и LM66. Эти серии, кроме LM56, имеют заводские установки – величину пороговой температуры, по достижении которой выходной сигнал меняет свое логическое состояние. Рассмотрим подробнее работу термостата LM56 (см. таблицу 4), который позволяет задавать температуру срабатывания. Этот термостат содержит термосенсор (так же, как LM60), источник опорного напряжения 1,25 В и два компаратора с предустановленным температурным гистерезисом. Встроенный стабилизатор напряжения обеспечивает работу этого термостата в диапазоне от 2,7 до 10 В. Потребляемый ток составляет менее 200 мкА, поэтому данный термостат относится к разряду малопотребляющих. Внутренний термосенсор дает на выходе 6,2 мВ на градус. Смещение выходного напряжения составляет 395 мВ. Три внешних резистора задают уровни для двух компараторов (см. рисунок 5).

Таблица 4. Термостаты с возможностью установки 2 контролируемых  температур с помощью 3 внешних резисторов 

Наимено-
вание
Темпера-
тура
срабаты-
вания,
°C
Диапазон
рабочих
темпера-
тур, °C
Точ-
ность,
±°C
Чувст-
витель-
ность,
мВ/°C
UПИТ, В IПИТ,
мкА
Тип корпуса
LM56C -40…125 -40…125 3,0 6,2 2,7…10,0 200,0 SOIC-8, MSOP-8

ris5_10_07datchiki

Рис. 5. Схема электрическая функциональная термостата LM56

Соответствие выходных напряжений, поясняющее принцип работы, представлено на рисунке 6.

ris6_10_07datchiki

Рис. 6. Диаграмма выходных напряжений LM56

Таблица 5. Внешний вид корпусов термодатчиков

Снимок экрана_2015-05-25_08-47-13

Источник — http://www.compel.ru/lib/ne/2007/10/6-integralnyie-datchiki-temperaturyi-national-semiconductor/

Добавить комментарий

Случайные статьи

  • Источник питания на ИМС LM723

    Источник питания на ИМС LM723

    На рисунке показана схема простого блока питания, основой источника питания служит микросхема LM723. Выходное напряжение источника питания может регулироваться от 3 до 30В, сама микросхема имеет выходной ток не более 150 мА, однако при помощи транзисторов VT1 VT2 максимальный выходной ток можно увеличить до 2,5А. Помимо всего, источник питания имеет …Подробнее...
  • Стабилизированный источник питания с регулируемым выходным напряжением на LM117

    Благодаря применению интегрального стабилизатора LM117, можно создать регулируемый источник стабилизированного напряжения. Схема очень проста, изменяя сопротивление R1 можно регулировать выходное напряжение от 1,5 до 30В при токе нагрузки не более 0,3А. С1 на 1500мкФ*50В, D1-D4 диоды любые выпрямительные на обратное напряжение не менее 50В и с максимальным прямым током 1А, …Подробнее...
  • Простой источник питания 0…+15В

    Простой источник питания 0…+15В

    На рисунке показана схема простого источника питания с выходным напряжением от 0 до +15 В и максимальным током нагрузки до 1 А. Транзистор VT1 должен быть установлен на небольшой теплоотвод. Трансформатор стандартный с напряжением на вторичной обмотке 18 В и максимальным током 1,5 А. Регулировка выходного напряжения производится при помощи …Подробнее...
  • Автомобильный регулятор освещения

    В темное время суток иногда необходимо дополнительное освещения в автомобиле (для ремонта, регулировка двигателя и др), предложенная схема позволяет плавно регулировать осветительную 12В/2А лампу от 5% до 90% ее яркости при помощи ШИМ регулятора. Регулятор предназначен для автомобилей с отрицательной массой. Конструкция регулятора основана на микросхеме 40106 которая работает как …Подробнее...
  • Зарядное устройство для автомобильного аккумулятора

    Переменным резистором R4 устанавливают порог срабатывания реле К2 (оно должно срабатывать при напряжении на гнездах XS1 и XS2, равном напряжению полностью заряженной батареи). Когда напряжение батареи достигнет заданного значения, откроются стабилитрон VD8 и транзистор VT2. Сработает реле К2, которое контактами К2.1 обесточит обмотку реле К1, а оно, отпуская, контактами К1.1 …Подробнее...