Jednym z największych problemów, z jakimi na co dzień borykają się konstruktorzy urządzeń elektronicznych jest zależność parametrów wszystkich stosowanych w nich elementów od temperatury. Ale wada ta może być w pewnych przypadkach zaletą, stosunkowo łatwo jest zbudować czujnik temperatury. W artykule zajmiemy się takimi czujnikami wyprodukowanymi w postaci układu scalonego.

Cel

Celem tego ćwiczenia laboratoryjnego jest pomiar temperatury otoczenia za pomocą scalonych przetworników temperatury, które dostarczają sygnał wyjściowy (prąd lub napięcie) proporcjonalny do temperatury bezwzględnej.

Pomiar temperatury za pomocą układu AD22100

Informacje ogólne

AD22100 to monolityczny czujnik temperatury z wbudowanym układem kondycjonowania sygnału. Jego zakres temperatur roboczych wynosi od -50°C do +150°C, co sprawia, że idealnie nadaje się do wielu zastosowań. Kondycjonowanie sygnału eliminuje potrzebę stosowania układów trymujących, buforujących lub linearyzujących. Znacznie upraszcza to projekt systemu i zmniejsza jego całkowity koszt. Napięcie wyjściowe jest proporcjonalne do temperatury i napięcia zasilania i waha się od 0,25 V w temperaturze −50°C do 4,75 V w temperaturze +150°C przy użyciu pojedynczego zasilania 5,0 V.

Materiały

• ADALM2000 – uniwersalny zestaw pomiarowy
• Płytka prototypowa i zestaw przewodów połączeniowych
• Czujnik temperatury AD22100

Konfiguracja sprzętu

W celu pomiaru temperatury konieczne jest podłączenie czujnika do zasilania, a wyjścia do oscyloskopu. Rysunek 2 przedstawia połączenia czujnika na płytce prototypowej bez lutowania.

Rys. 1. Rozkład wyprowadzeń układu czujnika temperatury AD22100

Rys. 2. Połączenia na płytce prototypowej dla czujnika temperatury AD22100

Procedura

Otwórz program Scopy i włącz zasilanie dodatnie do 5 V. W kanale 1 oscyloskopu zobaczysz napięcie wyjściowe czujnika. W celu uzyskania wartości temperatury należy zapoznać się z arkuszem danych czujnika. Znajduje się tam funkcja opisująca napięcie wyjściowe, na podstawie której można wyodrębnić równanie dla temperatury otoczenia (TA).

Dodaj nowy kanał matematyczny do oscyloskopu, na którym będzie widoczna wartość temperatury. Wstaw równanie 2 w polu f(t) i ustaw rozdzielczość kanału M1 na 10V/div. Włącz funkcję pomiaru oscyloskopu. Średnia wartość pomiaru M1 będzie wyświetlać rzeczywistą temperaturę otoczenia.

Rys. 3. Pomiar napięcia wyjściowego i temperatury

Pomiar temperatury za pomocą AD592

Informacje ogólne

AD592 to 2-zaciskowy monolityczny przetwornik temperatury z układem scalonym, który zapewnia prąd wyjściowy proporcjonalny do temperatury bezwzględnej. Przetwornik działa w szerokim zakresie napięć zasilania jako źródło prądu o wysokiej impedancji zależnej od temperatury, wynoszącej 1 μA/K. Układ AD592 zapewnia przy pojedynczym napięciu zasilania (od 4 V do 30 V) dokładność pomiaru 0,5°C w szerokim zakresie temperatur roboczych (od –25°C do +105°C).

Materiały

• ADALM2000 – uniwersalny zestaw pomiarowy
• Płytka prototypowa i zestaw przewodów połączeniowych
• Prądowy czujnik temperatury AD592
• rezystor 1 kΩ – 1 szt.

Konfiguracja sprzętu

Na rysunku 4 przedstawiono rozkład wyprowadzeń czujnika. Ponieważ za pomocą ADALM2000 można mierzyć tylko napięcie, konieczne jest podłączenie rezystora do wyjścia czujnika i zastosowanie prawa Ohma do obliczenia wartości prądu.

Rys. 4. Rozkład wyprowadzeń czujnika temperatury AD592

Wykonaj połączenia zgodnie z rysunkiem 5.

Rys. 5. Połączenia na płytce prototypowej AD592

Procedura

Otwórz program Scopy i włącz zasilanie dodatnie do 5 V. W kanale 1 oscyloskopu zobaczysz napięcie na rezystorze. Aby uzyskać prąd, zastosuj prawo Ohma.

Prąd przepływający przez rezystor jest napięciem odczytanym w kanale 1 podzielonym przez jego wartość rezystancji. Ponieważ zastosowano rezystor 1 kΩ, wartość liczbowa prądu jest taka sama jak napięcie, ale w mikroamperach. Z arkusza danych czujnika wiemy, że jego prąd wyjściowy wzrasta o 1 μA/K, a prąd wyjściowy w temperaturze 0°C wynosi 273 μA.

Rys. 6. Prąd wyjściowy w funkcji temperatury dla układu AD592

Wiedząc to, możemy zastosować wzór na przeliczenie z K na °C:

Aby wyświetlić temperaturę na oscyloskopie, dodaj nowy kanał matematyczny z zdefiniuj w nim równanie 4. Należy pamiętać, że napięcie kanału 1 jest podane w mV, a prąd wyjściowy czujnika w μA. Oznacza to, że aby uzyskać temperaturę w kanale M1, należy od wartości odczytanej na CH1 odjąć 0,273.

Rys. 7. Pomiar napięcia na rezystorze i temperatury

Pytanie:

Jakie są różnice między działaniem czujnika temperatury z wyjściem napięciowym AD22100 a czujnikiem temperatury z wyjściem prądowym AD592?

Odpowiedzi można znaleźć na blogu StudentZone.

Autor: Antoniu Miclaus

Opracowanie Jarosław Doliński