Integrované snímače teploty (IC Temperature Sensors) – výhody a aplikácie

Azda najmodernejším spôsobom merania teploty v elektronike je použitie snímačov teploty IC. Takéto senzory môžu byť zabudované priamo do mikroobvodov a vzhľadom na závislosť I-V charakteristiky polovodičovej zlúčeniny od jej teploty dnes poskytujú vývojárom široké možnosti na vytváranie presných meracích zariadení. Smer sa vyvíja pomerne rýchlo, má svoje vlastné charakteristiky, o ktorých sa bude diskutovať neskôr v tomto článku.

Diódové integrálne snímače ponúkajú výhody oproti termočlánky a platinové odporové teplomery, hoci môžu pracovať pri relatívne nízkych teplotách — nie viac ako 150 °C. Snímače sú veľmi kompaktné, preto sú vhodne zabudované a ich výroba je tiež lacná.

Takéto snímače sú ideálne na integráciu do regulátorov, zosilňovačov, mikrokontrolérov a iných elektronických zariadení, kde sa vyžaduje presné online monitorovanie teploty.Diódové snímače sú veľmi citlivé a presné — to je ich hlavná výhoda pre elektroniku.

Oblastí, kam sa integrované senzory zmestia, pribúda. Počnúc systémami merania teploty meracích modulov, končiac meraním teploty procesorov a aplikáciou v riadiacich systémoch s mnohými riadenými parametrami: teplota, tlak atď.

Je mimoriadne užitočné integrovať integrované diódové snímače do systémov diaľkového monitorovania teploty na účely požiarnej bezpečnosti, aby sa alarm spustil striktne, keď teplota prekročí vopred stanovený prah.

Prvé integrované snímače už preukázali nadradenosť termistory, pretože pre termistory je závislosť odporu od teploty ďaleko od lineárnej a pre diódové snímače sa výstupná charakteristika okamžite ukáže ako lineárna.

Integrované snímače sú klasifikované ako analógové a digitálne a môžu poskytovať prúdové alebo napäťové signály úmerné teplote. Analógové senzory nestrácajú na popularite, pretože ich rozsah prevádzkového napätia je pomerne veľký - od 4 do 30 voltov, pričom nie je žiadna citlivosť na poklesy napätia na prenosových linkách signálu. Hoci väčšina prístrojov dnes vyžaduje digitálny formát pre vstupné dáta, analógový signál možno ľahko previesť na digitálny pomocou ADC.

V mnohých riešeniach aplikovaných na úlohy monitorovania a merania majú diódové senzory v sebe ADC, pretože to umožňuje výrobná technológia – senzor sa ukazuje ako nákladovo efektívny.Výstupný signál digitálneho integrálneho teplomera sa teraz získava vo formáte 1 alebo 0, čo je vhodné na prenos do externého mikrokontroléra.

V integrovaných snímačoch teploty sú možné aj doplnkové funkcie: sledovanie zmien napätia, meranie teploty vzdialeného objektu, meranie prietoku, signalizácia prekročenia nastavenej teploty.

Integrované digitálne teplotné senzory ako DS18S20 si už dlho získali popularitu pre 1-Wire technológiu na celom svete, hoci boli pôvodne známe ako ukončené senzory DS1820. Tieto senzory sa vyznačujú izoláciou hluku a vysokým metrologickým výkonom, čo je veľmi dôležité pri organizácii diaľnic.

Senzory DS1820 sa už viac ako 15 rokov používajú pri konštrukcii viacbodových systémov regulácie teploty v rozsahu od -55 °C do + 125 °C, umožňujú sledovanie teploty v reálnom čase a rýchlo signalizujú skutočnosť, že teplota prekročí nastavenú hodnotu. Je to možné vďaka energeticky nezávislej pamäti zabudovanej v čipe.

Senzory DS18B20 sú pokročilejšie — umožňujú programovanie bitovej šírky výsledku cez 1-Wire, čím sa nastavuje konverzný pomer. Digitálny kód vychádzajúci zo snímača je už výsledkom merania teploty a nie je potrebné robiť žiadne ďalšie konverzie.

Snímač DS1822 je zjednodušená, nekalibrovaná verzia snímača DS18B20, je lacnejšia a umožňuje nízkonákladové viacbodové systémy regulácie teploty. Existuje aj ekonomická verzia s dvoma kolíkmi, ako napríklad DS1822-PAR, ktorá je napájaná v parazitnom režime s jedným vodičom.

K dispozícii je aj jednovodičový teplomer DS1825, ktorý má 4 adresné piny pre maximálne 16 lokálnych adries na jednovodičovej linke. Táto funkcia umožňuje technikovi nájsť až 16 viacbodových teplomerov s reguláciou teploty umiestnených na linke v sieti 1-Wire. To si nevyžaduje porovnávacie tabuľky 64-bitových individuálnych adries, to znamená, že výkon takéhoto systému sa zvýši.