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.

Рис. 1. Типовая схема включения датчика LM335

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.

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

нование