2.7.5. Полупроводниковые датчики температуры

Интегральные полупроводниковые датчики температуры имеют самую высокую точность и линейность, однако ограничены диапазоном рабочих температур (от -55 °С до +150 °С). Эти датчики имеют встроенные усилители и могут масштабировать выходные сигналы, приводя их к удобным величинам (например, 10 мВ/°С). Примером таких датчиков может служить ИС AD592 от Analog Devices или ИС ТМР17 от Texas Instruments (рис. 2.32). Это датчики с токовым выходом, которые имеют коэффициент преобразования 1 мкА/К, они не требуют внешней калибровки и имеют несколько градаций по точности [13].

На рис. 2.33 представлена микропроцессорная система, использующая в качестве датчика температуры ИС ADT45 (или ADT50), имеющего выход в виде относительного напряжения.

Рис. 2.32. Датчики с токовым выходом: AD592, ТМР17

Рис. 2.33. Датчики с выходом в виде относительного напряжения

Для снижения уровня высокочастотных помех (поскольку датчики температуры работают с очень малым током потребления) выводы подключения питания данного датчика заблокированы керамическим конденсатором 0.1 мкФ, имеющим весьма короткие выводы (предпочтительно элемент поверхностного монтажа), он должен быть расположен настолько близко к выводам питания, насколько это возможно [14].

3.2.7.6. Датчики температуры с цифровым выходом

Рис. 2.34. Датчики с цифровым выходом ТМРОЗ/04

Рис. 2.35. Формы выходного сигнала для ТМРО3/04

Датчики температуры с цифровым выходом имеют встроенный на кристалл АЦП. Примером такого датчика может служить датчик ТМР03/ТМР04, который содержит опорный источник напряжения, сигма-дельта АЦП и тактовый генератор (рис. 2.34). Встроенный АЦП обеспечивает 12-разрядную точность при весьма малых размерах схемы. Выходной сигнал сигма-дельта модулятора кодируется, используя соответствующую схему, которая дает на выходе последовательный цифровой код в виде частотно-модулированного сигнала (рис. 2.35). Данный сигнал весьма просто декодируется с помощью любого микропроцессора, в значениях температуры в градусах Цельсия или Фаренгейта, и всегда передается по одному проводу. Номинальная выходная частота составляет 35 Гц при +25 °С. Устройство работает с фиксированной длительностью импульса Т1, составляющей 10 мс [14].

Выходной сигнал ТМРОЗ/ТМР04 представляет собой поток импульсов, температура определяется выражениями:

Рассмотрим подключение вышеописанного датчика к микропроцессорной системе управления. В качестве такой системы может использоваться любой микроконтроллер, имеющий в своем составе таймеры, с помощью которых можно очень просто декодировать частотно-модулированный сигнал с ТМРОЗ/ТМР04. Типовой интерфейс к микроконтроллеру Intel 80С51 показан на рис. 2.36.

Рис. 2.36. Интерфейс ТМР04 к микроконтроллеру

Два таймера, обозначенные как таймер 0 и таймер 1, имеют 16 разрядов. Системная частота микроконтроллера, деленная на 12, является входом для таймеров. Микроконтроллер настраивает порт Р1.0 и запускает таймер 0 по положительному перепаду выходного сигнала датчика. Микроконтроллер останавливает таймер 0 и запускает таймер 1 по отрицательному перепаду выходного сигнала датчика.

Когда выходной сигнал снова придет в высокое состояние, содержимое таймеров Т1 и Т2 переписывается в регистры таймер 0 и таймер 1 соответственно. Далее для расчета температуры подпрограммы используют равенства, приведенные выше [15].