Cảm biến nhiệt độ tích hợp (Cảm biến nhiệt độ IC)—Ưu điểm và ứng dụng
Có lẽ cách hiện đại nhất để đo nhiệt độ trong thiết bị điện tử là sử dụng cảm biến nhiệt độ IC. Các cảm biến như vậy có thể được tích hợp trực tiếp vào các vi mạch và do đặc tính I - V của hợp chất bán dẫn phụ thuộc vào nhiệt độ của nó, ngày nay chúng mang đến cho các nhà phát triển nhiều cơ hội để tạo ra các thiết bị đo chính xác. Hướng phát triển khá nhanh, nó có những đặc điểm riêng, sẽ được thảo luận sau trong bài viết này.
Cảm biến tích hợp diode mang lại lợi thế hơn cặp nhiệt điện và nhiệt kế điện trở bạch kim, mặc dù chúng có thể hoạt động ở nhiệt độ tương đối thấp — không quá 150 ° C. Các cảm biến rất nhỏ gọn, đó là lý do tại sao chúng được tích hợp sẵn một cách thuận tiện và chi phí sản xuất cũng rẻ.
Những cảm biến như vậy rất lý tưởng để tích hợp vào bộ điều chỉnh, bộ khuếch đại, bộ vi điều khiển và các thiết bị điện tử khác khi cần theo dõi nhiệt độ trực tuyến chính xác.Cảm biến đi-ốt rất nhạy và chính xác — đây là ưu điểm chính của chúng đối với thiết bị điện tử.
Ngày càng có nhiều khu vực phù hợp với các cảm biến tích hợp. Bắt đầu từ hệ thống đo nhiệt độ của các module đo lường, kết thúc là hệ thống đo nhiệt độ của bộ vi xử lý và ứng dụng trong các hệ thống điều khiển với nhiều thông số được điều khiển: nhiệt độ, áp suất, v.v.
Việc tích hợp các cảm biến đi-ốt tích hợp vào các hệ thống giám sát nhiệt độ từ xa vì mục đích an toàn cháy nổ là vô cùng hữu ích để cảnh báo được kích hoạt nghiêm ngặt khi nhiệt độ vượt quá ngưỡng xác định trước.
Các cảm biến tích hợp đầu tiên đã cho thấy sự vượt trội so với điện trở nhiệt, vì đối với nhiệt điện trở, sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ khác xa với tuyến tính và đối với cảm biến điốt, đặc tính đầu ra ngay lập tức trở thành tuyến tính.
Cảm biến tích hợp được phân loại là tương tự và kỹ thuật số và có thể cung cấp tín hiệu dòng điện hoặc điện áp tỷ lệ thuận với nhiệt độ. Cảm biến analog không mất đi tính phổ biến vì dải điện áp hoạt động của chúng khá lớn — từ 4 đến 30 volt, trong khi không có độ nhạy đối với sự sụt giảm điện áp trên đường truyền tín hiệu. Mặc dù hầu hết các công cụ ngày nay yêu cầu định dạng kỹ thuật số cho dữ liệu đầu vào, tín hiệu tương tự có thể dễ dàng chuyển đổi thành kỹ thuật số bằng cách sử dụng ADC.
Trong nhiều giải pháp được áp dụng cho các nhiệm vụ giám sát và đo lường, cảm biến đi-ốt có ADC bên trong vì công nghệ sản xuất cho phép điều đó — cảm biến hóa ra lại tiết kiệm chi phí.Tín hiệu đầu ra của nhiệt kế tích phân kỹ thuật số hiện thu được ở định dạng 1 hoặc 0, thuận tiện cho việc truyền tới một bộ vi điều khiển bên ngoài.
Các chức năng bổ sung cũng có thể có trong các cảm biến nhiệt độ tích hợp: theo dõi sự thay đổi điện áp, đo nhiệt độ của vật thể ở xa, đo tốc độ dòng chảy, báo hiệu rằng nhiệt độ cài đặt đã bị vượt quá.
Cảm biến nhiệt độ kỹ thuật số tích hợp như DS18S20 từ lâu đã trở nên phổ biến đối với công nghệ 1-Wire trên toàn thế giới, mặc dù ban đầu chúng được gọi là cảm biến DS1820 đã ngừng sản xuất.
Trong hơn 15 năm, các cảm biến DS1820 đã được sử dụng trong việc xây dựng các hệ thống kiểm soát nhiệt độ đa điểm trong khoảng từ -55 ° C đến + 125 ° C, chúng cho phép theo dõi nhiệt độ theo thời gian thực và nhanh chóng báo hiệu rằng nhiệt độ vượt quá điểm đặt. Điều này có thể thực hiện được nhờ bộ nhớ cố định được tích hợp trong chip.
Các cảm biến DS18B20 tiên tiến hơn — chúng cho phép lập trình độ rộng bit của kết quả thông qua 1 -Wire, do đó thiết lập tỷ lệ chuyển đổi. Mã kỹ thuật số phát ra từ cảm biến đã là kết quả của phép đo nhiệt độ và không cần thực hiện thêm chuyển đổi nào nữa.
Cảm biến DS1822 là phiên bản đơn giản hóa, chưa hiệu chuẩn của cảm biến DS18B20, nó rẻ hơn và cho phép các hệ thống kiểm soát nhiệt độ đa điểm chi phí thấp. Ngoài ra còn có một phiên bản hai chân kinh tế, chẳng hạn như DS1822-PAR, được cấp nguồn ở chế độ một dây ký sinh.
Ngoài ra còn có nhiệt kế một dây DS1825, có 4 chân địa chỉ cho tối đa 16 địa chỉ cục bộ trên một đường dây đơn. Tính năng này cho phép kỹ thuật viên tìm tới 16 nhiệt kế kiểm soát nhiệt độ đa điểm nằm trên một đường dây trong mạng 1 Dây. Điều này không yêu cầu các bảng địa chỉ riêng lẻ 64 bit phù hợp, tức là hiệu suất của một hệ thống như vậy sẽ tăng lên.