Ενσωματωμένοι αισθητήρες θερμοκρασίας (IC Temperature Sensors) — Πλεονεκτήματα και εφαρμογές
Ίσως ο πιο σύγχρονος τρόπος μέτρησης της θερμοκρασίας στα ηλεκτρονικά είναι η χρήση αισθητήρων θερμοκρασίας IC. Τέτοιοι αισθητήρες μπορούν να ενσωματωθούν απευθείας σε μικροκυκλώματα και λόγω της εξάρτησης του χαρακτηριστικού I — V μιας ένωσης ημιαγωγών από τη θερμοκρασία της, σήμερα παρέχουν στους προγραμματιστές ευρείες ευκαιρίες για τη δημιουργία ακριβών συσκευών μέτρησης. Η κατεύθυνση αναπτύσσεται αρκετά γρήγορα, έχει τα δικά της χαρακτηριστικά, τα οποία θα συζητηθούν αργότερα σε αυτό το άρθρο.
Οι ενσωματωμένοι αισθητήρες διόδου προσφέρουν πλεονεκτήματα σε σχέση με θερμοστοιχεία και θερμόμετρα αντίστασης πλατίνας, αν και μπορούν να λειτουργήσουν σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες — όχι περισσότερο από 150 ° C. Οι αισθητήρες είναι πολύ συμπαγείς, γι' αυτό είναι βολικά ενσωματωμένοι και είναι επίσης φθηνοί στην κατασκευή τους.
Τέτοιοι αισθητήρες είναι ιδανικοί για ενσωμάτωση σε ρυθμιστές, ενισχυτές, μικροελεγκτές και άλλες ηλεκτρονικές συσκευές όπου απαιτείται ακριβής online παρακολούθηση θερμοκρασίας.Οι αισθητήρες διόδου είναι πολύ ευαίσθητοι και ακριβείς — αυτό είναι το κύριο πλεονέκτημά τους για τα ηλεκτρονικά.
Υπάρχουν ολοένα και περισσότερες περιοχές όπου χωρούν ενσωματωμένοι αισθητήρες. Ξεκινώντας από συστήματα μέτρησης θερμοκρασίας μονάδων μέτρησης, τελειώνοντας με μέτρηση θερμοκρασίας επεξεργαστών και εφαρμογή σε συστήματα ελέγχου με πολλές ελεγχόμενες παραμέτρους: θερμοκρασία, πίεση κ.λπ.
Είναι εξαιρετικά χρήσιμο να ενσωματώνονται ενσωματωμένοι αισθητήρες διόδου σε συστήματα απομακρυσμένης παρακολούθησης θερμοκρασίας για λόγους πυρασφάλειας, έτσι ώστε ο συναγερμός να ενεργοποιείται αυστηρά όταν η θερμοκρασία υπερβαίνει ένα προκαθορισμένο όριο.
Οι πρώτοι ενσωματωμένοι αισθητήρες έχουν ήδη επιδείξει υπεροχή έναντι θερμίστορ, δεδομένου ότι για τα θερμίστορ η εξάρτηση της αντίστασης από τη θερμοκρασία απέχει πολύ από τη γραμμική και για τους αισθητήρες διόδου το χαρακτηριστικό εξόδου αποδεικνύεται αμέσως γραμμικό.
Οι ενσωματωμένοι αισθητήρες ταξινομούνται ως αναλογικοί και ψηφιακοί και μπορούν να παρέχουν σήματα ρεύματος ή τάσης ανάλογα με τη θερμοκρασία. Οι αναλογικοί αισθητήρες δεν χάνουν δημοτικότητα, επειδή το εύρος της τάσης λειτουργίας τους είναι αρκετά μεγάλο - από 4 έως 30 βολτ, ενώ δεν υπάρχει ευαισθησία στις πτώσεις τάσης στις γραμμές μετάδοσης σήματος. Αν και τα περισσότερα όργανα σήμερα απαιτούν μια ψηφιακή μορφή για τα δεδομένα εισόδου, ένα αναλογικό σήμα μπορεί εύκολα να μετατραπεί σε ψηφιακό χρησιμοποιώντας ένα ADC.
Σε πολλές λύσεις που εφαρμόζονται σε εργασίες παρακολούθησης και μέτρησης, οι αισθητήρες διόδου έχουν ένα ADC μέσα τους επειδή η τεχνολογία κατασκευής το επιτρέπει — ο αισθητήρας αποδεικνύεται οικονομικός.Το σήμα εξόδου ενός ψηφιακού ενσωματωμένου θερμομέτρου λαμβάνεται τώρα σε μορφή 1 ή 0, που είναι βολικό για μεταφορά σε εξωτερικό μικροελεγκτή.
Πρόσθετες λειτουργίες είναι επίσης δυνατές σε ενσωματωμένους αισθητήρες θερμοκρασίας: παρακολούθηση μεταβολών τάσης, μέτρηση της θερμοκρασίας ενός απομακρυσμένου αντικειμένου, μέτρηση του ρυθμού ροής, σηματοδότηση υπέρβασης της καθορισμένης θερμοκρασίας.
Οι ενσωματωμένοι ψηφιακοί αισθητήρες θερμοκρασίας, όπως ο DS18S20, έχουν κερδίσει από καιρό δημοτικότητα για την τεχνολογία 1-Wire παγκοσμίως, αν και αρχικά ήταν γνωστοί ως αισθητήρες DS1820 που δεν είχαν συνεχιστεί. Αυτοί οι αισθητήρες διαθέτουν απομόνωση θορύβου και υψηλή μετρολογική απόδοση, κάτι που είναι πολύ σημαντικό για την οργάνωση των αυτοκινητοδρόμων.
Για περισσότερα από 15 χρόνια, οι αισθητήρες DS1820 χρησιμοποιούνται στην κατασκευή συστημάτων ελέγχου θερμοκρασίας πολλαπλών σημείων στην περιοχή από -55 ° C έως + 125 ° C, επιτρέπουν την παρακολούθηση της θερμοκρασίας σε πραγματικό χρόνο και σηματοδοτούν γρήγορα το γεγονός ότι η θερμοκρασία υπερβαίνει το καθορισμένο σημείο. Αυτό είναι δυνατό χάρη στη μη πτητική μνήμη που είναι ενσωματωμένη στο τσιπ.
Οι αισθητήρες DS18B20 είναι πιο προηγμένοι — επιτρέπουν τον προγραμματισμό του πλάτους bit του αποτελέσματος μέσω 1 -Wire, ρυθμίζοντας έτσι το ποσοστό μετατροπής. Ο ψηφιακός κωδικός που βγαίνει από τον αισθητήρα είναι ήδη το αποτέλεσμα της μέτρησης της θερμοκρασίας και δεν χρειάζεται να γίνουν περαιτέρω μετατροπές.
Ο αισθητήρας DS1822 είναι μια απλοποιημένη, μη βαθμονομημένη έκδοση του αισθητήρα DS18B20, είναι φθηνότερος και επιτρέπει συστήματα ελέγχου θερμοκρασίας πολλαπλών σημείων χαμηλού κόστους. Υπάρχει επίσης μια οικονομική έκδοση δύο ακίδων, όπως το DS1822-PAR, το οποίο τροφοδοτείται σε παρασιτική λειτουργία μονού καλωδίου.
Υπάρχει επίσης ένα θερμόμετρο μονού καλωδίου DS1825, το οποίο διαθέτει 4 ακίδες διεύθυνσης για μέγιστο αριθμό 16 τοπικών διευθύνσεων σε μια γραμμή μονού καλωδίου. Αυτή η δυνατότητα επιτρέπει στον τεχνικό να βρει έως και 16 θερμόμετρα ελέγχου θερμοκρασίας πολλαπλών σημείων που βρίσκονται σε μια γραμμή στο δίκτυο 1-Wire. Αυτό δεν απαιτεί πίνακες αντιστοίχισης μεμονωμένων διευθύνσεων 64-bit, δηλαδή, η απόδοση ενός τέτοιου συστήματος θα αυξηθεί.