Senzor teploty. Katalogový list SMT

Senzor teploty Katalogový list SMT 160-30

Obsah 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Úvod Inteligentní senzor teploty Vývody a pouzdro Popis výrobku Charakteristické údaje Definice údajù Èinnost obvodu

strana 2 strana 2 strana 4 strana 4 strana 5 strana 6 strana 7

1. Úvod Senzor teploty Smartec je dùmyslný integrovaný senzor vyrobený na køemíkovém substrátu s dvouhodnotovým (logickým) výstupním signálem. Výstupní signál senzoru ve tvaru impulsní šíøkové modulace (modulace støídy - èinitele plnìní impulsního prùbìhu) je kompatibilní s tvary vstupních signálù mikropoèítaèù a mikrokontrolérù a lze jej tedy bez nutnosti analogovì - èíslicového pøevodu jediným vodièem spojit pøímo s nìkterým ze vstupù mikropoèítaèe. Teplotní rozsah senzoru je -45 °C až 130 °C. Senzor se dodává v rùzných pouzdrech, jako jsou TO18, TO92, TO220 nebo pro aplikace v hromadné výrobì také v pouzdru SOIC.

2. Inteligentní senzor teploty Nejdùležitìjší vlastnosti senzoru • Nevyžaduje A/È pøevodník • Absolutní pøesnost ± 0,7 °C • Pøevodní charakteristika s odchylkou od linearity menší než 0,2 °C • Výstupní signál snadno pøevoditelný na èíslicový • Výstupní signál snadno pøevoditelný na  analogový • Kalibrace senzoru na èipu • Výstupní signál kompatibilní s logickými signály TTL, CMOS • Teplotní rozsah 175 °C (-45 až +130 °C) • Výstupní signál pøímo spojitelný s datovými vstupy mikroprocesoru • Snadné multiplexování více senzorù • Malá spotøeba (< 1 mW) Typické použití • Systémy vytápìní • Klimatizaèní zaøízení • Praèky • Ochrana pøed pøehøátím • Domácí spotøebièe

2

Smartec 2002

Hlavní pøednosti výrobku 1. INTELIGENTNÍ SENZOR TEPLOTY pøedstavuje významný a zcela nový vývojový stupeò v oblasti obvodù pro zpracování signálù ze senzorù a pøevodníkù. Obvody rozhraní jsou vyrobeny na èipu spolu se senzorem. Koncepce a vlastnosti senzoru plnì vyhovují nároèným požadavkùm prùmyslové a spotøební elektroniky na spolehlivou komunikaci s mikroprocesory a pøímé spojení výstupních signálù senzoru se vstupy mikropoèítaèe. 2.

INTELIGENTNÍ SENZOR TEPLOTY generuje výstupní napìtí obdélníkového tvaru s odezvou lineárnì závislou na mìøené teplotì v celém rozsahu od -45 °C do +130 °C. Odchylka od linearity je menší 1,2 °C a pro rozpìtí teplot od -30 až do +100 °C klesne na hodnotu menší než 0,2 °C (platí pro pouzdro TO18).

3.

INTELIGENTNÍ SENZOR TEPLOTY je cejchovaný v procesu výroby bìhem testování a zahoøování èipu. Na èipu integrovaný modulátor støídy zajišuje, že obvod senzoru mùže spolehlivì a úèinnì komunikovat i s levnými procesory pøímo, tj. bez použití pøevodníkù A/È.

4.

INTELIGENTNÍ SENZOR TEPLOTY kombinuje digitální výstup s kalibrací provádìnou bìhem výroby na èipu s cílem získat pøi nízké cenì výhodné vlastnosti.

5.

Pøímé spojení výstupu senzoru ke vstupu mikroprocesoru dovoluje zmenšit poèet souèástek a svorek na minimum, což vede ke snížení nákladù a zvýšení spolehlivosti.

6.

V aplikacích s více senzory lze multiplexování snadno realizovat využitím dalších vstupù mikropoèítaèe nebo zapojením jednoduchých a levných èíslicových multiplexerù.

7.

Jelikož senzor po výrobì nevyžaduje následnou kalibraci, klesají jak výrobní, tak i provozní a servisní náklady.

Smartec 2002

3

3. Vývody a pouzdro

pouzdro SO8L

pin 1 pin 7 pin 8

+V GND Out

pouzdro HE vývod 1 vývod 2 vývod 3

Výstup (Output) +Vcc (kladné napájecí napìtí) GND (zem) velikost: 1,55 x 2,5 mm pouzdro TO-92

pin 1 pin 2 pin 3

pouzdro TO-18 pohled zespodu

pouzdro TO-220 pohled shora

Output +V GND

4. Popis výrobku Souèástka SMT160-30 je tøísvorkový integrovaný senzor teploty s výstupním signálem ve tvaru impulsní šíøkové modulace. Dvì svorky jsou urèeny pro pøipojení napájecího zdroje 5 V a na tøetí je k dispozici výstupní signál. Impulsní šíøková modulace (modulace støídy impulsu) je použita proto, aby výstupní signál byl pøeveditelný do èíslicové formy i bez zapojení pøevodníku A/È a jednoduše pøipojitelný ke vstupùm mikroprocesoru. Pøitom zùstává možnost získat z výstupního signálu informaci i v analogové formì (napø. mìøením støední hodnoty signálu). Senzor SMT160-30 (pouzdro TO18) má celkovou pøesnost 0,7 °C pro teploty od 30 °C do +100 °C a 1,2 °C pro teploty od -45 do +130 °C. Tyto vlastnosti umožòují využití senzoru zvláštì v aplikacích, urèených pro øízení a monitorování požadovaných podmínek prostøedí (napø. klimatizace, potravináøský prùmysl). Zdroj výstupního signálu má vlastnosti obdobné jako u obvodù typu C-MOS a dovoluje pøipojení kabelu o délce až 20 m. Senzor SMT160-30 je tedy velmi dobøe využitelný pro dálkové mìøení a øízení.

4

Smartec 2002

Parametr

Hodnota

Jednotka

Napájecí napìtí Napájecí proud Ochrana proti zkratu

4.75 - 7 max. 200 bez èasového omezení (v rozsahu napájecího napìtí) -45 do +130 -50 do +150

V µA

Rozsah pracovních teplot Skladovací teplota

°C °C

5. Charakteristické údaje TO18 Údaje

TO92

TO220 HE

SOIC

max.

max.

max.

jednotky

min.

typ

max.

max.

4.75

5

7

*

*

*

*

V.

200

*

*

*

*

µA.

130

*

*

*

*

°C

0,7 1,2

1,2 2

1,7 1,.7

1,5 1,5

1 1,5

°C °C

Nelinearita 5

0,2

0,4

0,5

1,0

1,0

°C

Vliv zmìn napájecího napìtí

0,1

*

*

*

*

°C/V

Opakovatelnost

0,1

0,2

0,2

0,2

0,2

°C

Dlouhodobý drift

0,05

-

-

-

0,05

°C

Napájecí napìtí

2

Napájecí proud Teplotní rozsah

160 3

Celková pøesnost 4

-45

-

-30 + 100 C -45 + 130 C

1

Výstup:

1 2 3

4 5

- støída impulsu =

0,320 + 0,00470*t

(t = teplota ve °C)

- kmitoèet

1

*

*

*

*

kHz

- šum

0,005 *

*

*

*

°C

- impedance

200

*

*

*

Ohm

-

4

*

Všechny nezmínìné specifikace stejné jako pro TO18 Pouzdro spojené se zemí Senzor SMT 30-160-18 mùže být po krátkou dobu provozován i v rozsahu teplot 65 až do +160 °C aniž by došlo k jeho poškození. Udávaná pøesnost platí však pouze pro rozsah teplot dovolený v trvalém provozu. Celková pøesnost respektuje všechny chyby Použitelné od -30 do +100 °C

Smartec 2002

5

6. Definice údajù Popis obvodu SMT160-30 je koncipován tak, aby usnadnil návrh jeho použití pro široký okruh rùzných mìøicích a regulaèních aplikací. Správný návrh vyžaduje pøesnou interpretaci charakteristických údajù a znalost jejich vlivu na pøesnost. Obvod SMT160-30 je v podstatì bipolární senzor teploty (základem je polovodièový pøechod PN polarizovaný v propustném smìru), doplnìný elektronickými obvody pro pøevod signálu senzoru na impulsní šíøkovou (resp. modulaci støídy impulsního signálu). Velkou pøedností senzoru je, že jeho obvody jsou kalibrovány již pøi výrobì a nevyžadují tedy dodateènou kalibraci uživatelem. Výstupní signál Jak bylo již uvedeno výstupní signál má pravoúhlý prùbìh s pøesnì definovanou závislostí støídy impulsního signálu na teplotì. Støída impulsního signálu, tj. pomìr šíøky impulsu k dobì periody je lineárnì závislá na teplotì podle rovnice: D.C. = 0.320+0.00470*t

D.C. ...je duty cycle (støída impulsního signálu) t ... teplota [°C]

Výpoètem z rovnice snadno zjistíme, že napø. pøi teplotì 0 °C je D.C.= 0,320 neboli 32,0 % a pøi teplotì 130 °C je D.C.= 0,931 neboli 93,1 %. Celková pøesnost Výše uvedený vztah pøedstavuje základní (nominální) rovnici. Celková pøesnost je definovaná jako maximální odchylka od závislosti popsané nominální rovnicí. Pro teploty nad 100 °C pøesnost klesá. Nelinearita Nelinearita je v pøípadì obvodu SMT160-30 definována jako odchylka od regresní pøímky vypoètené z dat namìøených v celém rozsahu teplot. Pro rozsah teplot od -30 °do +100 °C je nelinearita menší než 0,2 °C (platí pro TO18). Dlouhodobý drift Dlouhodobý drift silnì závisí na pracovních podmínkách. Pøi pokojové teplotì je velmi malý (< 0,05 °C). Pøi vyšších teplotách dochází k jeho zvýšení hlavnì v dùsledku zmìn vlastností obvodu vyvolaných mechanickým napìtím (napø. dilatace). Dlouhodobý drift je èásteènì nevratný, zhoršuje opakovatelnost a mùže zpùsobit i dlouhodobé zmìny parametrù. Pøi teplotách nad 100 °C, ležících však ještì v pracovním rozsahu, lze oèekávat dlouhodobý drift lepší než 0,1 °C. Šum Rozlišovací schopnost je lepší než 0,005 °C. Smìrodatná odchylka šumu (efektivní hodnota), mìøená v èasovém úseku 20 ms, je menší než 0,005 °C.

6

Smartec 2002

Èasové konstanty Èasová konstanta je definovaná jako èasový interval nutný k tomu, aby teplota senzoru dosáhla 63% skokové zmìny na senzor pùsobící teploty. Èasové konstanty senzoru jsou mìøeny za rùzných okolních podmínek. Aby je bylo možné srovnávat navzájem a s jinými typy senzorù, byly pro mìøení použity stejné postupy. Podmínky práce senzoru senzor v hliníkovém bloku na jisté teplotì (støední hodnota z nìkolika mìøení) senzor ponoøený do míchané olejové láznì (støední hodnota z nìkolika mìøení) senzor ve vzduchu proudícím rychlostí asi 3 m/s - bez chladièe senzor ve vzduchu proudícím rychlostí asi 3 m/s s chladièem klidný vzduch - bez chladièe klidný vzduch- s chladièem

èasová konstanta (s) (TO18) 0,6 1,4 13,5 5,0 60 100

Výše uvedené údaje jsou obtížnì mìøitelné, jejich pøesnost je odhadována na 5 %. Jsou platné pro senzor v pouzdru TO-18, neplatí pro pouzdro TO-92 nebo èip.

7. Èinnost obvodu Støída impulsního prùbìhu je snadno mìøitelná mikrokontrolérem. Staèí pøipojit výstup senzoru na jeden ze vstupù mikrokontroléru a jednoduchým programem zjišovat, zda vstup je na nízké nebo vysoké logické úrovni. Program tedy provádí vzorkování stavu vstupního signálu a rychlost vzorkování (tj. doba mezi sousedními testy stavu vstupního signálu) je omezena dobou výkonu instrukcí mikroprocesoru. Vzorkováním více než jedné periody výstupního signálu senzoru se zvyšuje pøesnost mìøení a potlaèuje (filtruje) vliv rušení (šumu). Z teorie zpracování signálù mùže být odvozeno, že existuje vztah mezi kmitoètem signálu senzoru, vzorkovací rychlostí a šumem vzorkování. Šum vzorkování omezuje pøesnost a je roven: Terror = chyba mìøení (= smìrodatná odchylka vzorkovacího šumu) ts = doba vzorkování mikrokontrolérem tm = celkový èas mìøení tp = opakovací perioda výstupního signálu senzoru Mikrokontroléry mohou vzorkovat s vysokým kmitoètem, takže krátkým programem je možné urèit støídu výstupního signálu senzoru za 50 ms a dosáhnout rozlišení 0,01 °C. Poznámka: Výše uvedená chyba nemá principiálnì žádnou souvislost s pøesností senzoru; slouží pouze k získání pøedstavy o pøesnosti mìøení støídy impulsu pomocí mikrokontrolérù (smìrodatná odchylka). Další informace o mìøení støídy pomocí mikrokontrolérù lze získat v Aplikaèních zprávách SMARTEC.

Smartec 2002

7

V pøípadì zájmu o další informace, pøíp. vzorky obrate se prosím na adresu: OMNITRON s.r.o., Dopravákù 723, 184 00 Praha 8 Tel.: 02/830 85 244, 5 (02/2830 85 244, 5); fax: 02/830 85 295 (02/2830 85 295) www.omnitron.cz; www.smartec.nl; www.smartec.cz; e-mail: [email protected]