Zintegrowane czujniki temperatury (czujniki temperatury IC) — zalety i zastosowania

Być może najnowocześniejszym sposobem pomiaru temperatury w elektronice jest zastosowanie czujników temperatury IC. Takie czujniki można wbudowywać bezpośrednio w mikroukłady, a ze względu na zależność charakterystyki I — V związku półprzewodnikowego od jego temperatury, dziś dają one programistom szerokie możliwości tworzenia dokładnych urządzeń pomiarowych. Kierunek rozwija się dość szybko, ma swoje własne cechy, które zostaną omówione w dalszej części tego artykułu.

Zintegrowane czujniki diodowe mają przewagę nad termopary oraz platynowe termometry oporowe, choć mogą pracować w stosunkowo niskich temperaturach — nie przekraczających 150°C. Czujniki są bardzo kompaktowe, dzięki czemu są dogodnie zabudowane, a także tanie w produkcji.

Takie czujniki idealnie nadają się do integracji z regulatorami, wzmacniaczami, mikrokontrolerami i innymi urządzeniami elektronicznymi, w których wymagane jest dokładne monitorowanie temperatury online.Czujniki diodowe są bardzo czułe i dokładne — to ich główna zaleta dla elektroniki.

Obszarów, w których zintegrowane czujniki będą pasować, jest coraz więcej. Począwszy od układów pomiaru temperatury modułów pomiarowych, skończywszy na pomiarze temperatury procesorów i zastosowaniu w układach sterowania z wieloma kontrolowanymi parametrami: temperaturą, ciśnieniem itp.

Niezwykle przydatne jest zintegrowanie zintegrowanych czujników diodowych z systemami zdalnego monitorowania temperatury dla celów bezpieczeństwa pożarowego, tak aby alarm był uruchamiany dokładnie wtedy, gdy temperatura przekroczy określony próg.

Pierwsze zintegrowane czujniki wykazały już wyższość nad termistory, ponieważ dla termistorów zależność rezystancji od temperatury jest daleka od liniowej, a dla czujników diodowych charakterystyka wyjściowa natychmiast okazuje się liniowa.

Integralne czujniki są klasyfikowane jako analogowe i cyfrowe i mogą dostarczać proporcjonalne do temperatury sygnały prądowe lub napięciowe. Czujniki analogowe nie tracą na popularności, ponieważ ich zakres napięć roboczych jest dość duży — od 4 do 30 woltów, przy czym nie ma wrażliwości na spadki napięcia na liniach przesyłu sygnału. Chociaż większość przyrządów wymaga obecnie cyfrowego formatu danych wejściowych, sygnał analogowy można łatwo przekształcić w cyfrowy za pomocą przetwornika ADC.

W wielu rozwiązaniach stosowanych do zadań monitoringu i pomiarów czujniki diodowe mają w sobie przetwornik ADC, ponieważ technologia wykonania na to pozwala — czujnik okazuje się opłacalny.Sygnał wyjściowy cyfrowego termometru całkowego jest teraz uzyskiwany w formacie 1 lub 0, co jest wygodne do przesłania do zewnętrznego mikrokontrolera.

W zintegrowanych czujnikach temperatury możliwe są również dodatkowe funkcje: monitorowanie zmian napięcia, pomiar temperatury odległego obiektu, pomiar natężenia przepływu, sygnalizacja przekroczenia ustawionej temperatury.

Zintegrowane cyfrowe czujniki temperatury, takie jak DS18S20, od dawna cieszą się popularnością na całym świecie w technologii 1-Wire, chociaż pierwotnie były znane jako wycofane czujniki DS1820. Czujniki te charakteryzują się izolacją akustyczną i wysokimi parametrami metrologicznymi, co jest bardzo ważne przy organizacji autostrad.

Czujniki DS1820 od ponad 15 lat znajdują zastosowanie w budowie wielopunktowych układów regulacji temperatury w zakresie od -55°C do +125°C, umożliwiają monitorowanie temperatury w czasie rzeczywistym oraz szybko sygnalizują fakt, że temperatura przekracza wartość zadaną. Jest to możliwe dzięki wbudowanej w chip pamięci nieulotnej.

Czujniki DS18B20 są bardziej zaawansowane — umożliwiają programowanie szerokości bitowej wyniku przez 1-Wire, ustawiając w ten sposób współczynnik konwersji. Kod cyfrowy wychodzący z czujnika jest już wynikiem pomiaru temperatury i nie ma potrzeby dokonywania dalszych konwersji.

Czujnik DS1822 jest uproszczoną, niekalibrowaną wersją czujnika DS18B20, jest tańszy i pozwala na niskobudżetowe wielopunktowe systemy kontroli temperatury. Dostępna jest również ekonomiczna wersja dwupinowa, taka jak DS1822-PAR, która jest zasilana pasożytniczym trybem jednoprzewodowym.

Dostępny jest również termometr jednoprzewodowy DS1825, który ma 4 piny adresowe dla maksymalnie 16 adresów lokalnych na linii jednoprzewodowej. Ta funkcja pozwala technikowi znaleźć do 16 wielopunktowych termometrów kontrolujących temperaturę umieszczonych na linii w sieci 1-Wire. Nie wymaga to dopasowywania tablic 64-bitowych indywidualnych adresów, czyli wydajność takiego systemu wzrośnie.