Diseño del curso de sensores de temperatura
Resumen: AD590 es un sensor de temperatura de doble terminal con salida de corriente fabricado por AD Company que utiliza la relación entre la corriente directa y la temperatura de la estructura PN. Se presentan las funciones y características del AD590, se analiza el principio de funcionamiento del AD590 y se proporciona el plan de diseño para utilizar el AD590. ...
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Sensor de temperatura integrado AD590 y sus aplicaciones
Sensor de temperatura integrado AD590 y sus aplicaciones
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Tema: Tienes un dibujo de un amperímetro digital (Editorial: 22 de agosto de 2005 +0: 21:37)
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Se discutió la temperatura integrada AD590 Sensores y sus aplicaciones en 1988, Métodos de ajuste de datos y precisión de pirómetros de múltiples longitudes de onda bajo los supuestos de las ecuaciones (9) y (10). En 1991, Mansoor [10] resumió los métodos de ajuste de datos y la precisión de los pirómetros de longitudes de onda múltiples. Este método tiene una alta precisión. Actualmente, Hiernaut et al. de la Unión Europea y Estados Unidos han desarrollado un pirómetro submilimétrico de 6 longitudes de onda (Figura 4) para medir temperaturas reales entre 2000 y 5000 K [11]. El Instituto de Tecnología de Harbin ha desarrollado un pirómetro de prisma espectroscópico de 35 longitudes de onda para medir la temperatura real de los materiales sometidos a ablación. Los pirómetros de longitudes de onda múltiples muestran un gran potencial en las mediciones de temperatura real por radiación. Los pirómetros de múltiples longitudes de onda son instrumentos prometedores para medir la temperatura real de objetos de alta temperatura, temperatura ultraalta y especialmente de alta temperatura transitoria. Este instrumento tiene un amplio rango de temperatura y se puede utilizar para medir la temperatura real dentro del rango de temperatura de 600 ~ 5000°C con una precisión de 65438±0%.
2.1.5 Conclusión
El desarrollo de la tecnología de fibra óptica proporciona condiciones muy favorables para la aplicación de la medición de temperatura sin contacto en la producción. La tecnología de medición de temperatura de fibra óptica resuelve muchos problemas que los termopares y los termómetros infrarrojos convencionales no pueden resolver. En el campo de las altas temperaturas, la tecnología de medición de temperatura por fibra óptica está mostrando una vitalidad cada vez mayor. La termometría de radiación total obtiene la temperatura midiendo la energía radiante en todas las bandas. La radiación de fondo circundante, los cambios en la tasa de absorción del medio y la predicción de la emisividad εT causarán dificultades en la medición, lo que dificultará lograr una alta precisión. Cuanto más estrecha sea la banda seleccionada para la termometría de radiación única, mejor. Pero si el ancho de banda es demasiado estrecho, la energía recibida por el detector será demasiado pequeña, afectando la precisión de su medición. La termometría de radiación de múltiples longitudes de onda es un método muy preciso, pero el proceso es complejo y el costo alto, lo que dificulta su popularización y aplicación. La medición de temperatura de longitud de onda dual utiliza tecnología de comparación de longitud de onda de banda estrecha, que supera muchas deficiencias de los métodos anteriores. Aún se puede lograr una alta precisión en condiciones muy duras, como humo, polvo, vapor, partículas y cambios en la emisividad de la superficie del objetivo.
2.2 El sensor de temperatura de fibra óptica de absorción de semiconductores es un sensor de temperatura de fibra óptica transmisor de luz. El llamado sensor de temperatura de fibra óptica se refiere a un sistema de detección de fibra óptica que solo utiliza fibra óptica como ruta de transmisión de ondas de luz y utiliza otros componentes sensibles, como componentes ópticos o mecánicos, para detectar cambios en la temperatura medida. Este tipo utiliza principalmente fibras multimodo escalonadas con mayor apertura numérica y diámetro del núcleo. Debido a que utiliza fibra óptica para transmitir señales, también tiene las ventajas de aislamiento eléctrico, interferencias antielectromagnéticas y sensores de fibra óptica seguros y a prueba de explosiones. Es adecuado para mediciones en lugares donde los sensores tradicionales no pueden hacerlo. Entre estos sensores, el sensor de temperatura de fibra óptica de absorción semiconductora es uno de los más estudiados.
El sensor de temperatura de fibra óptica por absorción de semiconductores consta de un absorbente semiconductor, una fibra óptica, un emisor de luz y un sistema de procesamiento de señales que incluye un detector de luz. Tiene las ventajas de tamaño pequeño, alta sensibilidad, operación confiable, fácil fabricación y sin pérdida de luz parásita. Por lo tanto, tiene un alto valor de aplicación en algunas ocasiones especiales, como la medición de temperatura de dispositivos de potencia de alto voltaje.
B Principio de medición de temperatura del sensor de temperatura de fibra óptica de absorción de semiconductores
El sensor de temperatura de fibra óptica de absorción de semiconductores se realiza utilizando las características del espectro de absorción de los materiales semiconductores que cambian con la temperatura. Según la investigación, en el rango de temperatura de 20 ~ 972 K, la energía de la banda prohibida, por ejemplo, del semiconductor, está relacionada con la energía del semiconductor.
La relación entre la temperatura t es
"
3. Sensor de temperatura inteligente
Sensor de temperatura inteligente (también conocido como sensor de temperatura digital ) salió a mediados de la década de 1990 es la cristalización de la tecnología microelectrónica, la tecnología informática y la tecnología de prueba automática. En la actualidad, se han desarrollado internacionalmente una variedad de productos de sensores de temperatura inteligentes, incluidos sensores de temperatura, sensores A/D y señales. Procesadores, memoria (o registros) y circuitos de interfaz. Algunos productos también tienen multiplexores, controladores centrales (CPU), memorias de acceso aleatorio (RAM) y memorias de solo lectura (ROM).
Los sensores de temperatura inteligentes pueden generar datos de temperatura y cantidades de control de temperatura relacionadas, adaptarse a varios microcontroladores (MCU) y realizar funciones de prueba a través del software, es decir, la inteligencia depende del nivel de desarrollo del software.
3.1 Sensor de temperatura digital.
Con el continuo avance y desarrollo de la ciencia y la tecnología, cada vez existen más tipos de sensores de temperatura. Los sensores de temperatura digitales se utilizan ampliamente en sistemas de control de temperatura, como control industrial, termómetros electrónicos e instrumentos médicos, porque son adecuados para sistemas de control automático de temperatura compuestos por varias interfaces de microprocesador y pueden superar las desventajas del condicionamiento de señal cuando se interconectan entre sensores analógicos y microprocesadores. el circuito y el convertidor A/D. Entre ellos, los sensores de temperatura digitales representativos incluyen DS1820, MAX6575, DS1722, MAX6635, etc.
1. Principio de funcionamiento de DS1722
1 y características principales de DS1722
DS1722 es un sensor de temperatura digital de tres buses de bajo costo y bajo consumo . Sus principales características se muestran en la Tabla 1.
2. Estructura interna de DS1722
El sensor de temperatura digital DS1722 está disponible en paquete m-SOP de 8 pines y paquete SOIC de 8 pines. Su disposición de pines se muestra en la Figura 1. . Consta de cuatro partes principales: sensor de temperatura de precisión, convertidor analógico a digital, electrónica de interfaz SPI/tres cables y registro de datos. Su estructura interna se muestra en la Figura 2.
Cuando se inicia la fuente de alimentación, el DS1722 está en estado apagado. Después del encendido, el usuario cambia la resolución del registro para que esté en modo de temperatura de conmutación continua o en modo de conmutación única. En el modo de conversión continua, el DS1722 convierte continuamente la temperatura y almacena los resultados en el registro de temperatura. La lectura del contenido del registro de temperatura no afecta su conversión de temperatura. En el modo de conversión única, el DS1722 realiza una conversión de temperatura, almacena el resultado en el registro de temperatura y luego regresa al modo de apagado. Este modo de conversión es adecuado para aplicaciones sensibles a la temperatura. En la aplicación, el usuario puede configurar el registro de resolución a través del programa para lograr diferentes resoluciones de temperatura. Hay 5 resoluciones: 8 bits, 9 bits, 10 bits, 11 bits o 12 bits. 1,0 ℃ respectivamente, 0,5 ℃, 0,25 ℃ y 0,60. DS1722 tiene dos interfaces de comunicación: interfaz serie Motorola y interfaz estándar de tres cables. El usuario puede seleccionar el estándar de comunicación a través del pin SERMODE.
3. Método de operación de temperatura DS1722
El sensor DS1722 convierte la temperatura en una cantidad digital y la almacena en el registro de temperatura en formato de complemento a dos. A través de SPI o interfaz de tres cables, se pueden leer los datos en las direcciones 01H y 02H en el registro de temperatura. La dirección de los datos de salida se muestra en la Tabla 2 y la relación exacta entre las formas binaria y hexadecimal de los datos de salida se muestra en la Tabla 3. En la Tabla 3, se supone que el DS1722 está configurado para una resolución de 12 bits. Los datos se transmiten continuamente a través de la interfaz digital, MSB (bit más significativo) primero a través de SPI y LSB (bit menos significativo) primero a través de las tres líneas.
4. Programa de trabajo de DS1722
Al seleccionar la dirección de registro de estado adecuada, todos los programas de trabajo de DS1722 se completan mediante la interfaz SPI o la interfaz de comunicación de tres buses. La Tabla 4 es una tabla de direcciones de registros que muestra las direcciones de los dos registros (estado y temperatura) del DS1722.
1SHOT es el bit de conversión de temperatura de un solo paso y SD es el bit del disyuntor cerrado. Si el bit SD es '1', no se realiza ninguna conversión de temperatura continua. Cuando el bit 1SHOT se escribe en "1", el DS1722 realiza una conversión de temperatura y almacena los resultados en los bits de dirección 01h (LSB) y 02h (MSB) del registro de temperatura. Una vez completada la conversión de temperatura, el 1722 realiza una temperatura. conversión. Si el bit SD es "0", se ingresará al modo de conversión continua y el DS1722 realizará conversiones de temperatura continuamente y almacenará todos los resultados en el registro de temperatura. Aunque los datos escritos en el bit 1SHOT se ignoran, el usuario todavía tiene acceso de lectura/escritura a este bit. Si SD cambia a '1', las conversiones en curso continuarán hasta que se complete la conversión y se almacene el resultado, luego el dispositivo entrará en un modo de apagado de bajo consumo de energía.
Cuando el sensor está encendido, el bit de activación predeterminado 1 es "0". R0, R1 y R2 son los bits de resolución de temperatura como se muestra en la Tabla 5 (x = cualquier valor). En el estado de encendido predeterminado, el usuario puede leer y escribir R2, R1 y R0, así como R2 = "0", r 1 = "0" y R0 = "1" (conversión de 9 bits). En este momento, el puerto de comunicación sigue siendo válido y el usuario tiene acceso de lectura/escritura al bit SD, cuyo valor predeterminado es "1" (modo apagado).
2. El principio y la aplicación del sensor de temperatura inteligente DS18B20.
DS18B20 es un nuevo sensor de temperatura inteligente mejorado lanzado por Dallas Semiconductor Company en Estados Unidos. En comparación con los termistores tradicionales, puede leer directamente la temperatura medida y realizar un modo de lectura de valor digital de 9 a 12 bits mediante una programación simple de acuerdo con los requisitos reales. Las cantidades digitales de 9 bits y 12 bits se pueden completar en 93,75 ms y 750 ms respectivamente. La información leída o escrita desde DS18B20 solo requiere una línea de puerto (interfaz de un solo cable) para leer y escribir. Bus de datos y también se puede conectar la fuente de alimentación DS18B20, no es necesario.
Por lo tanto, el uso de DS18B20 puede hacer que la estructura del sistema sea más simple y confiable. En comparación con DS1820, la precisión de la medición de temperatura, el tiempo de conversión, la distancia de transmisión, la resolución, etc. se han mejorado enormemente, brindando a los usuarios un uso más conveniente y resultados satisfactorios.
La estructura interna de 2DS18B20
DS18B20 adopta un paquete PR35 de 3 pines o un paquete SOIC de 8 pines. Su diagrama de bloques de estructura interna se muestra en la Figura 1.
(1) La estructura de la ROM flash de 64 b es la siguiente:?
Los primeros 8 dígitos son el número de serie del tipo de producto, seguido del número de serie único de cada dispositivo. * * * Hay 48 bits y los últimos 8 bits son el código de verificación CRC de los primeros 56 bits. Es por eso que varios DS18B20 pueden comunicarse en una línea.
(2) La alarma de temperatura no volátil se activa. TH y TL pueden escribir los límites superior e inferior de la alarma del usuario a través del software.
(3) Almacenamiento temporal de alta velocidad
La memoria interna del sensor de temperatura DS18B20 incluye una RAM temporal y una memoria E no volátil borrable eléctricamente. 2 am Este último se utiliza para almacenar valores TH y TL. Los datos se escriben primero en la RAM y luego se envían a E? 2 a. m. El registro de configuración es el quinto byte del registro de alta velocidad y su contenido se utiliza para determinar la resolución de conversión digital del valor de temperatura. Cuando el DS18B20 está funcionando, la temperatura se convierte en un valor con la precisión correspondiente según la resolución de este registro. Los bits de byte se definen de la siguiente manera:
Los 5 bits inferiores son siempre 1 y TM es el bit del modo de prueba, que se utiliza para establecer si el DS18B20 está en modo de trabajo o en modo de prueba. Cuando el DS18B20 sale de fábrica, este bit se establece en 0 y el usuario no debe cambiarlo. R1 y R0 determinan la precisión de la conversión de temperatura, es decir, la resolución de configuración, como se muestra en la Tabla 1 (DS18B20 está configurado en 12 bits cuando se envía de fábrica). ?
Como se puede ver en la Tabla 1, cuanto mayor sea la resolución establecida, mayor será el tiempo de conversión de datos de temperatura requerido. Por lo tanto, el tiempo de resolución y conversión debe considerarse en aplicaciones prácticas.
Además de los registros de configuración, la memoria del scratchpad también contiene otros 8 bytes, distribuidos de la siguiente manera. Entre ellos, la información de temperatura (bytes 1, 2), los valores 3, 4, 6 y 8 de th y TL no se utilizan y muestran toda la lógica 1; el noveno byte lee el código CRC de los 8 bytes anteriores; , se puede utilizar para garantizar una comunicación correcta. ?
Cuando el DS18B20 recibe el comando de conversión de temperatura, inicia la conversión. Después de la conversión, el valor de temperatura se almacena en los bytes 1 y 2 de la memoria del scratchpad como complemento a dos con signo extendido de 16 bits. El microcontrolador puede leer datos a través de la interfaz de un solo cable. Al leer, el bit bajo aparece primero y el bit alto aparece al final. El formato de datos es 0?062 5 ℃/LSB. El formato del valor de temperatura es el siguiente:?
Cálculo de temperatura correspondiente: cuando el bit de signo S = 0, el bit binario se convierte directamente a decimal; cuando S = 1, el complemento se convierte primero al código original y luego se calcula el valor decimal; . La Tabla 2 muestra algunos valores de temperatura correspondientes. ?
Después de completar la conversión de temperatura del DS18B20, compare el valor de temperatura medido con th y TL. Si T > TH o t < TL, configure el indicador de alarma en el dispositivo y responda al comando de búsqueda de alarma enviado por el host. Por lo tanto, se pueden utilizar varios DS18B20 para medir la temperatura y realizar búsquedas de alarmas simultáneamente.
(Generación de CRC
El código de verificación de redundancia cíclica (CRC) se almacena en el byte más significativo de la ROM de 64 b. El host calcula el valor de CRC basándose en los primeros 56 bits de la ROM y compararlo con el valor CRC almacenado en DS18B20 para determinar si los datos de ROM recibidos por el host son correctos.
El principio de medición de temperatura de 3DS18B20
¿La temperatura? El principio de medición de DS18B20 se muestra en la Figura 2. Como se muestra en la figura, la frecuencia de oscilación del oscilador de cristal de bajo coeficiente de temperatura se ve ligeramente afectada por la temperatura [1], que se utiliza para generar una señal de pulso de frecuencia fija y se envía a la resta. contador 1. La frecuencia de oscilación del oscilador de cristal de coeficiente de alta temperatura cambia con la temperatura. El cambio es obvio y la señal se genera como una entrada de pulso al contador de resta 2. La figura también implica una puerta de conteo cuando se abre la puerta de conteo. , el tiempo de apertura de la puerta de conteo DS lo determina el oscilador con un coeficiente de temperatura alto antes de cada medición. Coloque el valor base correspondiente a -55 ℃ en el contador de resta 1 y el registro de temperatura respectivamente. Los registros están preestablecidos en -55 ℃. El valor base correspondiente generado por el oscilador de cristal de bajo coeficiente de temperatura se resta del contador de resta 1. Señal de pulso Cuando el valor preestablecido del contador de resta 1 disminuye a 0, el valor del registro de temperatura. se aumentará en 1, y el valor preestablecido del contador de resta 1 se recargará nuevamente. La señal de pulso cuenta, y así sucesivamente, hasta que el contador de resta 2 cuente hasta 0, la temperatura no se detendrá. Se utiliza el acumulador de pendiente en la Figura 2. para compensar y corregir la no linealidad en el proceso de medición de temperatura, y su salida se utiliza para corregir el valor preestablecido del contador de resta. Mientras la puerta de conteo aún esté abierta, repita el proceso anterior hasta que el valor del registro de temperatura alcance el valor medido. valor de temperatura. Este es el principio de medición de temperatura de DS18B20.
Además, dado que la función de comunicación de un solo cable DS18B20 está completada, existe un concepto estricto de intervalos de tiempo, por lo que la lectura y. El tiempo de escritura es muy importante. Todas las operaciones del sistema en el DS18B20 deben realizarse de acuerdo con el protocolo.
El protocolo de operación es: inicializar DS18B20 (enviar pulso de reinicio) → enviar comando de función ROM → enviar comando de operación de memoria → procesar datos.