Hoteles de detección de la temperatura con MCU

Question

Estoy buscando una solución barata para la detección de la temperatura con un MCU. Mis requisitos son:

• 2 canales
• rango de temp: 30-35°C
• temp resolución: 1-2 K
• la distancia del cable (MCU -> sensor) 10cm - 2m son aceptables
• relación de temperatura entre los dos canales es suficiente, no la temperatura absoluta es necesaria

Mi punto de partida es de dos termopares con termopar tipo de amplificadores, pero esto parece ser excesivo para mi aplicación. Los termopares se ejecute en un 10$ at Radiospares, amps at 5$ cual tendría un costo de$ 30 solo en la estimación de la temperatura.

¿Qué es una buena dirección para buscar una solución más barata. Ntsc?

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Edición 18 De Julio De 2012

Después de stevenvh extendió su respuesta a mostrar el alto grado de linealidad que se pueden obtener con Ntsc, he invertido algo de tiempo para reconsiderar si se Ntsc no son una solución mejor.

No estoy seguro, sin embargo, que soy capaz de seguir stevenvh en su razonamiento sobre el error que se puede obtener con Ntsc barato en comparación con chips semiconductores.

Para conseguir la temperatura con un NTC las siguientes funciones:

1. la función de transferencia de \$ H_{T_a\rightarrow R_{NTC}}(R_{25},B_{25/85}) \$ la conversión de la temperatura ambiente a una resistencia
2. el voltaje producido por el divisor de voltaje \$ H_{R_{NTC}\rightarrow V}(V_{excitation},R_{NTC}, R_{lin}) \$
3. Conversión AD \$ H_{V\rightarrow bits}(V, V_{ref}, \sigma_{conversion}) \$
4. lineal de la curva de aproximación: \$ H_{bits\rightarrow T_{est}}(bits, \sigma_{approx}) \$

Las fuentes de error la veo así:

1. NTC valor de los errores: 1% cada uno, para el \$ R_{25} \$ y el \$ B_{25-85} \$ valores: total de alrededor de 2%
2. 1% para el linearisaton valor de la resistencia y digamos que el 0.5% de la tensión de excitación de la fuente
3. Para un PIC16F1825 la interna de la tensión de referencia utilizado para el ADC tiene el 6% de la incertidumbre. Además, el ADC sí ha integral, diferencial, el offset y la ganancia de los errores de cada uno de la orden de 1.5 lsb. En 10 bits, la última combinada son en la mayoría de 0.5%.
4. Como stevenvh demostrado en su respuesta, la aproximación lineal, tiene un error de simplemente 0.0015% en el rango de interés.

El error en la estimación de la temperatura, por tanto claramente dominado por el error de los ADV de voltaje de referencia y los errores en los valores de la resistencia. Es evidente que en exceso del 6%. El error debido a la aproximación lineal es absolutamente insignificante como stevenvh señaló.

Una incertidumbre de 6% a 300 grados Kelvin equivale a un error de temperatura de 18 QUILATES. La temperatura de los chips tienen un error de alrededor de 1K. A 300 k esto corresponde a una incertidumbre de 0.3%.

Me parece que está fuera de la cuestión para vencer a este con una NTC sin extremadamente cuidadosa calibración y verificación del rendimiento. La incertidumbre en la linearisaton resistencias, el voltaje de excitación o el ADC cada viewsed en el aislamiento de empuje de la incertidumbre de la CNT solución por encima de este. O tengo un gran error en mi razonamiento?

En el momento en que estoy convencido de que Ntsc puede ser una alta precisión de detección de la temperatura de la solución, pero en el barato me parece que su rendimiento va a ser un tiro en la oscuridad.

Answer 1

Yo diría que la CNT, sí. Este es el más barato que pude encontrar en Digikey. Alrededor de la mitad de un dólar, que es mucho más barato que el sensor de temperatura del ICs, que tienen aproximadamente la misma precisión. La ventaja de una NTC es que sólo se necesita un resistor en serie y una entrada del ADC del microcontrolador, la mayoría de los cuales tienen hoy en día.

El bajo precio tiene una desventaja: Ntsc son cualquier cosa menos lineal. Usted tendrá que utilizar su función de transferencia (que con un aumento exponencial en ella, que puede que no te guste, o el uso de una tabla de búsqueda, los cuales para el rango puede ser la mejor solución.

edición de dd. 2012-07-13
Bah, golpeado por un miserable LM75. Yo no voy a dejar que esto pase. :-)

Voy a usar el *103*MT* a partir de esta NTC de la serie. Primero la función de transferencia:

\$ R = 10 k\Omega \cdot \large{e^{-13.4096 + \frac{4481.80}T - \frac{150522}{T^2} + \frac{1877103}{T^3}}} \$ ,

donde \$T\$ es en grados Kelvin.

No se ve prometedor, y, de hecho, entre 0 °C y 100 °C la curva se parece a esto:

nada pero lineal, como he dicho. Podemos tratar de alinear eso, pero recuerde que vamos a hacer un divisor resistivo con ella, y no son lineales, por lo que cualquier linealización ahora será arruinada por la resistencia en serie. Así que vamos a empezar con la resistencia y a ver qué pasa. Tengo un 3.3 V de alimentación y elegir un 5.6 kΩ resistencia a Vcc, entonces la salida se convierte en

No está nada mal! La púrpura de la curva es la tangente en nuestra gama de intereses: 30 °C a 35 °C. podría trazar el gráfico ampliado en eso, sino que nos da dos coincidiendo líneas, así que vamos a echar un vistazo a el error:

No tiene un aspecto agradable, pero usted tiene que mirar en la escala vertical, lo que da el error relativo de la aproximación lineal en comparación con nuestros NTC característica entre 30 °C a 35 °C. El error es de menos de 15 ppm, o 0.0015 %.

Mathematica decir la ecuación de nuestros casi perfecto aproximación lineal es

\$ V_{OUT} = - 0.0308 \text{ }T \text{ }\cdot 1 V/°C + 2.886 \text{ }V \$

Esto resultará en ADC lecturas de 609 y 561, resp. de 10-bit ADC. Eso es un rango de 48 para 5 °C de diferencia, o alrededor de 0.1 °C de la resolución. Sólo la CNT y de una resistencia.

¿Quién necesita un LM75!?

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edición de dd. 2012-08-13

Hecho: la NTC solución de necesidades de calibración.

Me prometí a Arik para ponerse de nuevo en el error de cálculo, pero es mucho más complicado de lo que pensaba, y no se puede completar debido a datos incompletos. Por ejemplo, tengo el número exacto de los coeficientes en la NTC función de transferencia (el 7 dígitos significativos números ya están redondeadas!), pero no hay información sobre su exactitud. Un par de comentarios, aunque.

Arik agrega errores, así como un 1% de la resistencia de tolerancia de + 1% en el \$\beta\$ = 2 % de error. Bueno, no es tan fácil, y eso es parte de la complicación de la que me he referido. Un 1 % de tolerancia en el \$\beta\$ resultados en un 0.1 % de error en el resultado, por ejemplo.

Los errores no siempre se expresan de la misma. Maxim LM75 hoja de datos, por ejemplo, no menciona el mínimo y el máximo de errores, pero tres-sigma y seis-sigma valores. Por otro lado, la Vishay NTC hoja de datos habla de \$\pm\$ 1 % de error. Es que seis sigma? Siete-sigma? A continuación, puede llegar a ser más preciso que el LM75, que es de 2 °C exacta de seis sigma, incluso 3 °C sobre el rango de temperatura. Eso no es nada de qué avergonzarse; unos sensores va a hacer mucho mejor sin necesidad de calibración. Pregunta: ¿cómo se puede comparar la tolerancia figuras? Y otra: ¿cómo se combinan varias curva de la campana de funciones para obtener un total de error?

El ADC del PIC de referencia tiene una muy mala 6 % de tolerancia. Arik dice Una incertidumbre de 6% a 300 grados kelvin equivale a un error de temperatura de 18 K, que por supuesto es absurdo y totalmente absurdo. He hecho una comprobación rápida: calcula el divisor de tensión de salida para una temperatura de 20 °C. el Agregado de 6 % a, y se calcula de nuevo a la CNT del valor de la resistencia, y la temperatura a la que sería. El error no es de 18 °C, 1 °C, o menos de 0.5 %, se refirió a 0 K.

Aún así, el 6 % de error es completamente irrelevante! Si usted usa el ADC del voltaje de referencia para la resistencia del divisor de tensión ni siquiera aparece en los cálculos. No me importaría si el error fue del 50 %. El uso de otro de referencia si la mala referencia interna no está disponible fuera de la controladora. Como los 3.3 V de alimentación, o simplemente cualquier otro voltaje DC que se tienen alrededor.

La calibración no es lo que usted desea para un proyecto, pero para la masa de la producción es que no hay que preocuparse en absoluto, y especialmente en la electrónica de consumo, donde cada centavo cuenta, tendrás más probabilidades de encontrar las NTC de un costoso LM75.

Answer 2

1-2 grados es una solución fácil (incluso cuando la media de la precisión, que no es lo mismo!). Yo consideraría LM75 y varios clones, o un DS1820/18S20/18B20/1822. Microchip tiene un montón de sensores de temperatura, incluyendo LM75 clones para < $1. El voltaje de salida de las versiones son baratos, pero yo preferiría una digital.

Answer 3

Esto suena como un trabajo para una termistores, o dos termistores para ser más precisos. Ya que sólo necesita distinguir tres temperaturas diferentes estados y que sólo están buscando la relación de la temperatura, se pueden conectar los dos termistores juntos para hacer una sola señal analógica. Que puede ser medido con un A/D integrado en el micro. La mayoría de los micros tienen Un/Ds, así que esto no le costará nada más. Probablemente me agregue un par de resistencias y condensadores como filtros paso bajo para reducir el ruido.

Un termistor va desde el suelo a la señal analógica y el otro de potencia a la señal analógica. Puede que necesite hacer algunos de calibración, pero con su estrecho rango de temperatura y de baja resolución, no es necesario obtener de fantasía. Probablemente, sólo guardar el cero de diferencia de tensión y restando de que el futuro de la lectura es suficiente.

Answer 4

Si no son conscientes de la intensificación de diodo corriente de delta-Voltaje método de medición de la temperatura y están interesados en la medición de la temperatura se debe leer esto - que puede transformar tus ideas en la medición de la temperatura.

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Estoy un poco tarde a la fiesta.
Como la respuesta que le han sido utilizadas por ahora voy en gran medida sólo describen un método alternativo que tiene muchos méritos, pero que parece ser sorprendentemente poco utilizado en forma discreta.

Este método se utiliza comúnmente en el IC de medición de la temperatura ICs pero todavía parece menos conocido de lo que cabría esperar.

Si una silicio (decir) diodo es alternativamente alimentados con dos conocidos corrientes, el delta del cambio de voltaje con el cambio actual está relacionada con la temperatura absoluta.

Este método se usa en (al menos) los intermediarios de LM82, LM83, LM84, LM87 & LTC3880, LTC3883 y LTC2974 sensores.

Tenga en cuenta que este método es diferente a la habitual método de medición absoluta de diodo adelante caída de tensión en un determinado actual para inferir la temperatura. Este método es considerablemente más precisa y no requiere sensor de calibración específico.

Precisión de alrededor de 0,1 grados C (o K) son alcanzables.
Las resoluciones son dependientes del método de medición.

El resultado es la calibración del dispositivo libre.
El resultado es dependiente sólo sobre la base del diodo tipo (por ejemplo, el silicio, el germanio)
por ejemplo, si utiliza un sub 1% 1N4148 diodo de señal puede cambiar este por otro 1N4148 y obtener la misma precisión sin necesidad de recalibración.

La precisión de ajuste de las dos corrientes utilizadas obviamente afecta el resultado de la precisión, pero como estos pueden ser elegidos para adaptarse a los recursos disponibles, los resultados pueden ser muy buenos.

Este método es utilizado por algunos, pero no todos en el die del procesador de la temperatura de los sistemas de medición. Usted encontrará que cuando se utiliza este sistema las descripciones técnicas son muy ligeros en detalle y ofuscado - es decir, que parece que quieren mantener en secreto, aunque el método probablemente se remonta a trabajar por Widlar en el mediados de la década de 1960.

Este método rivales de la precisión alcanzable con un cuidado razonable el uso de los termistores NTC o PT100 etc Platino resistencias y similares, con un muy competitivo grado de complejidad y dificultad.

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Este excelente 199 Dispositivo Analógico sapplication nota Medición de la temperatura en los chips de computadora con la velocidad y la precisión de las reclamaciones de la técnica es una nueva. No estoy del todo seguro de que son correctos, pero es sin duda útil y menos conocido que sería de esperar.

Desde el papel más arriba (un poco reescrito) para las corrientes de I y N. I y el diodo de la caída de voltaje Cv1 en corriente 1 y Vd2 en el actual 2:

Vd1 – Vd2 = DVd = (kT/q) ln (I/NI) = (kT/q) ln (1/N)

Desde N, k y p son constantes,
T = (Constante)(DVd)

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Excelente TI app nota Remoto Múltiples Diodo sensor de Temperatura

Wikipedia - Silicio gap sensor de temperatura

[LT AN137 Precisa de sensor de Temperatura Externo P-N Unión] http://cds.linear.com/docs/Application%20Note/an137f.pdf
Se utiliza por ejemplo en LTC3880, LTC3883 y LTC2974.

Answer 5

Estoy usando LM35DZ. La temperatura varió de 0 grados Celsius a 100 grados Celsius, salida lineal y de baja impedancia; yo lo he estado usando con conexión directa a mi foto de la entrada del ADC, funciona muy bien hasta ahora.

Una unidad cuesta alrededor de USD 3.