آی سی های اندازه گیری دما

آی سی های اندازه گیری دما نیز مانند ترموکوپل، RTD، سنسور های دما و سایر ادوات اندازه گیری دما کاربرد فراوانی در صنعت دارد. در این مقاله با این آی سی ها و کاربرد آن بیشتر آشنا خواهیم شد.

آی سی های اندازه گیری دما

از آی سی ها نیز می توان برای اندازه گیری دما استفاده کرد. مزیت اصلی این آی سی ها نسبت به سایر روشهای اندازه گیری (ترموکوپل، بی متال و RTD) عبارتند از :

• سیگنال خروجی زیادتر
• تغییرات خطی نسبت به تغییر دما
• قیمت ارزان

آی سی های اندازه گیری دما دارای معایبی نیز می باشند که کاربرد آنها را در صنایع محدود می کند، این معایب عبارتند از :

• محدوده اندازه گیری درجه حرارت پایین
• نیاز به منبع تغذیه جداگانه
• زمان پاسخ طولانی
• خود گرمایی

آی سی های پر کاربرد برای انداره گیری دما

از جمله آی سی های پر کاربرد به منظور اندازه گیری دما عبارتند از :

• LM235
• LM34
• AD590
• LM135
• LM335
• LM35
• AD592

آی سی های LM335 (LM135-LM235)

آی سی LM335 شبیه به یک دیود زنر حساس به دما می باشد. زمانی که این آی سی به صورت معکوس و در محدوده ولتاژ شکست، بایاس می شود خروجی آن به ازای افزایش هر درجه کلوین، 10 میلی ولت افزایش می یابد. با توجه به اینکه تفاوت درجه کلوین و درجه سانتی گراد، تفاوت افست 273 درجه ای می باشد، می توان خروجی این آی سی را مطابق با رابطه زیر نوشت.

[V]     Vz = 2.73 + (10Mv/°C) T

آی سی LM335 در دو بسته بندی مطابق شکل زیر ساخته می شود.

آی سی LM335

مدار زیر نحوه استفاده از این نوع آی سی را نشان می دهد. در این مدار از یک پتانسیومتر جهت تنظیم آی سی استفاده شده است. با توجه به اینکه خروجی آی سی در دمای 25 درجه سانتی گراد برابر با 2.9827 ولت می بایست باشد، در نتیجه می توان پتانسیومتر را طوری تنظیم کرد که در دمای 25 درجه، ولتاژ خروجی 2.9827 ولت شود و به این صورت خروجی مدار را تنظیم کرد.

مدار الکتریکی آی سی های LM135, LM235 و LM335

لازم به ذکر است که آی سی های LM135 و LM235 نیز کاملا شبیه به آی سی LM335 عمل می کنند و تنها تفاوت اصلی این آی سی ها رنج اندازه گیری دمای آنها می باشد.

در جدول زیر رنج اندازه گیری این سه آی سی با یکدیگر مقایسه شده است.

جدول مقایسه رنج انداره گیری آی سی های LM135, LM235 و LM335

در ادامه چند روش استفاده از آی سی های مذکور، برای کاربرد های مختلف نشان داده شده است.

استفاده از آی سی های اندازه گیری دما برای کاربرد های مختلف

مدار الکتریکی کنترلر دمای ساده با استفاده از آی سی های مذکور

آی سی های (LM35) LM34

آی سی LM34 یک سنسور دقیق برای اندازه گیری دما می باشد. خروجی این سنسور به طور خطی متناسب با حرارت، بر حسب فارنهایت می باشد. رنج اندازه گیری این آی سی از 50- تا 300+ درجه فارنهایت می باشد. خروجی این آی سی به ازای افزایش هر درجه فارنهایت 10 میلی ولت افزایش می یابد. از خصوصیات بارز این آی سی می توان موارد زیر را ذکر کرد .

• دقت بالا بدون نیاز به کالیبراسیون (0.5-/+ درجه فارنهایت در دمای معمولی)
• قیمت ارزان
• امپدانس خروجی کم
• خروجی خطی
• خود گرمایی بسیار پایین

لازم به ذکر است که آی سی LM35 کاملا شبیه آی سی LM34 عمل می کند، با این تفاوت که ولتاژ خروجی این آی سی به ازای افزایش هر درجه سانتی گراد 10 میلی ولت افزایش می یابد.

آی سی های AD590-AD592

برخی مواقع نیاز به ارسال سیگنال اندازه گیری شده به فواصل طولانی می باشد، با توجه به اینکه سیگنال های جریانی متأثر از اثر مقاومتی سیم نخواهند بود، لذا نیاز به سنسور با خروجی جریانی می باشد. آی سی های AD590 و AD592 سنسور هایی هستند که با تغییرات دما دارای خروجی آنالوگ از نوع جریانی می باشند. جریان خروجی این آی سی ها به ازای افزایش یک درجه کلوین، 1 میکرو آمپر افزایش می یابد. رابطه جریان خروجی این آی سی ها برای دما های مختلف بر حسب کلوین و سانتی گراد به صورت زیر است.

رابطه جریان خروجی آی سی در دماهای مختلف

این آی سی ها در رنج دمایی 55- تا 150+ درجه سانتی گراد قابل استفاده می باشند و در بسته بندی های مختلف مطابق شکل زیر ساخته می شوند، اما تنها از دو عدد از پایه های این آی سی استفاده می شود.

آی سی های AD590-AD592

مدار های زیر نحوه استفاده از این آی سی ها را نشان میدهد.

مدار الکتریکی استفاده از آی سی های AD590 و AD592

سنسور های اتصال PN سیلیکونی

قبل از پرداختن به سنسور های اتصال PN سیلیکونی به مشخصه دیود سیلیکونی می پردازیم. منحنی زیر مشخصه دیود سیلیکونی را نشان میدهد.

منحنی مشخصه دیود سیلیکونی

همان طور که از روی این منحنی دیده می شود، اگر ولتاژ بایاس موافق دیود کمتر از 0.7 ولت باشد جریان ناچیزی از دیود عبور می کند و در صورتی که ولتاژ بایاس موافق دیود، بیشتر از 0.7 ولت شود جریان به طور ناگهانی افزایش می یابد. این ولتاژ را ولتاژ شکست دیود گویند و با VF نشان میدهند. ولتاژ Vf بستگی به دمای اتصال PN دیود دارد و با افزایش دما اتصال PN این ولتاژ کاهش می یابد. تغییرات این ولتاژ در دمای 50- تا 150+ درجه سانتی گراد تقريبأ خطی می باشد و برای نیمه هادی های سیلیکونی تقریبا 2- میلی ولت بر درجه سانتی گراد می باشد.

شکل زیر مدار یک ترانسدیوسر دما را با استفاده از سنسور اتصال PN نشان میدهد.

مدار ترانسدیوسر دما با استفاده از سنسور اتصال PN