IC Sensor چیست؟

IC sensor ها یکی از جدید ترین سنسور ها ی دما هستند. IC مخفف عبارت integrated circuit به معنی مدار مجتمع می باشد. هر یک از سنسور های دما از جمله ترموکوپل، RTD یا ترمیستور ها دارای معایبی هستند. به منظور رهایی از ضعف های موجود در این سنسور ها عموما از مدارات جبران ساز استفاده می شود. هنگام طراحی این مدار باید به قابلیت تولید جریان و ولتاژ بالا و قابل اندازه گیری توجه کنیم.

IC sensor ها به گونه ای طراحی شده اند که خروجی جریان یا ولتاژ تولید کنند. قدم بعدی در ساخت این سنسور ها جمع آوری سنسور و پردازنده های سیگنال در مدار مجتمع است. به این ترکیب در نهایت سنسور های مجتمع یا IC sensor گفته می شود. این سنسور ها بسیار خطی بوده و راهکار موثری جهت تولید ولتاژ آنالوگ متناسب با دما هستند. رنج دمای IC sensor ها بسیار محدود بوده و معمولا از منفی ۴۵ تا ۱۵۰ درجه استفاده می شوند. از مزایای آن ها می‌توان به خطی بودن و قیمت مناسب اشاره کرد. برخی از معایب این سنسورها شامل رنج دمای محدود، نیاز به منبع تغذیه و خودگرمایی می شود. در ادامه برخی از IC Sensor های پرکاربرد را بررسی می‌کنیم.

معمولا از IC Sensor ها در کاربرد های زیر استفاده می شود :

Circuit board ها: جهت نظارت و کنترل دما
Computer ها: کنترل دمای CPU
ارتباط از راه دور : تلفن همراه و غیره

آنچه در این مقاله می خوانید−

IC Sensor چیست؟

سنسور LM35

خروجی سنسور دما ی LM35 یک سیگنال آنالوگ متناسب با دمای لحظه ای است. با تفسیر ولتاژ خروجی این سنسور به راحتی می‌توان دمای محیط را محاسبه کرد. یکی از مزایای LM35 نسبت به ترمیستور، عدم نیاز به کالیبراسیون خارجی است. از طرفی پوشش سنسور Lm35 از پدیده ی خودگرمایی یا self heating پیشگیری می کند. هزینه ی نسبتا کم و دقت بیشتر lm35 موجب محبوبیت آن شده است. در تصویر زیر پایه های این سنسور را مشاهده می کنید:

LM35 قادر به اندازه گیری دما از منفی ۵۵ تا ۱۵۰ درجه سانتی گراد است. با استفاده از این سنسور در سطح مطلوب رطوبت و دما می‌توان به دقت نسبتا بالایی دست پیدا کرد. تبدیل ولتاژ خروجی این سنسور به دما بسیار آسان است. ولتاژ ورودی LM35 می تواند از ۴ تا ۳۰ ولت و جریان مصرفی آن حدود ۶۰ میکرو آمپر است. بسیاری از سنسورهای دیگر نیز در دسته ی خانواده سنسور lm35 قرار می‌گیرند. برخی از این سنسور ها شامل LM35c، LM335، LM235 ، LM135، LM35D و LM35CA می شوند. سنسور های خانواده ی LM35 دارای اصول عملکرد یکسانی بوده و تفاوت آن ها در ظرفیت اندازه گیری دما است. در تصویر زیر یک سنسور دما ی LM35 آورده شده است:

در ویژگی های LM35 عبارت +10 mills volt per degree centigrade به معنی مثبت ۱۰ میلی ولت بر درجه سانتی گراد آورده شده است. با توجه به این عبارت در سنسور LM35 با افزایش یک درجه سانتی گراد، مقدار ولتاژ خروجی به اندازه ی ۱۰ میلی ولت افزایش پیدا می کند. به عنوان مثال تولید ۱۰۰ میلی ولت در پین سنسور به معنی برابر بوده دما با ۱۰ درجه سانتی گراد است. این نکته در دماهای منفی نیز صادق است. به عنوان مثال منفی ۱۰۰ میلی در خروجی به معنی دمای منفی ۱۰درجه سانتی گراد خواهد بود.

پیکربندی مدار سنسور LM35

در تصویر زیر دو نوع از پیکربندی سنسور LM35 نمایش داده شده است. با استفاده از پیکربندی سمت چپ تنها می‌توان دمای مثبت ۲ تا ۱۵۰ درجه سانتی گراد را اندازه گرفت. طبق تصویر زیر در این حالت می توان به سادگی LM35 را تغذیه کرده و خروجی آن را مستقیم به مبدل های آنالوگ به دیجیتال متصل کرد. در پیکربندی دوم یا سمت راست می‌توان بازه ی منفی ۵۵ تا ۱۵۰ درجه سانتی گراد را اندازه گیری کرد. همانطور که مشاهده می کنید در این مدار نیاز به تغییر سطح ولتاژ منفی به سمت بالا است. این کار را یک مقاومت خارجی انجام می دهد. به منظور محاسبه ی مقدار مقاومت خارجی از فرمول زیر استفاده می شود.

\[R1 = – {V_s}/50\;\mu A\]

طبق تصویر پیکربندی سمت چپ نیازی به مقاومت خروجی ندارد اما توصیه می‌شود یک مقاومت 80 تا 100k اهمی بین Vout و GND قرار داده شود.

پارامتر Accuracy یا دقت در دو پیکربندی بالا با یکدیگر متفاوت است. میانگین سطح دقت برای هر دو پیکربندی برابر با مثبت و منفی یک درجه سانتی گراد می باشد. این میزان دقت برای دما ی بین ۲ تا ۲۵ درجه سانتی گراد کاهش می یابد. به منظور بررسی دقت این سنسور می توان از جدول زیر استفاده کرد.

پارامتر	مقدار
دقت در دمای 25 درجه سلسیوس	+-0.5 درجه سلسیوس
دقت از دمای منفی 55 تا 150 درجه سلسیوس	+-1 درجه سلسیوس
شیب دما یا Temperature slope	10 میلی ولت بر درجه سلسیوس

سنسور LM34

این سنسور از خانواده ی National Semiconductor بوده و به صورت IC تولید می شود. برخی از قابلیت های آن LM34 عبارت اند از:

دقت بالا
خروجی خطی متناسب با درجه ی فارنهایت و معمولا بدون Offset
عدم نیاز LM34 به کالیبراسیون و تنظیم خارجی
دقتی حدود ±0.5 ℉ در درجه اتاق و در بازه ی دمای -50℉ تا 300℉ دقتی حدود ±1.5℉

تصویر زیر رابطه ی بین دما و ولتاژ سنسور LM34 را نشان می دهد.

در تصویر زیر پایه های سنسور LM34 را مشاهده می کنید:

مزایای این سنسورها عبارت است از:

خروجی خطی و امپدانس خروجی کم
کالیبراسیون داخلی دقیق
کار با تغذیه ی مثبت و منفی
دریافت جریان 70μA از منبع تغذیه
خودگرمایی بسیار پایین
عملکرد با دقت مناسب در بازه ی -40℉ تا 230℉

سنسورهای مجتمع AD590 و AD592

این سنسورها از خانواده ی Analog Device بوده و خروجی جریانی دارند. در تصویر زیر یک سنسور AD590 را مشاهده می کنید. به صورت کلی AD590 یک IC ترنسدیوسر دما یا integrated circuit temperature transducer است. خروجی جریانی این دستگاه با دمای مطلق رابطه دارد.

در تصویر زیر یک سنسور AD592 را مشاهده می کنید.

ضریب تبدیل یا همان رابطه ی جریان خروجی در سنسور AD592 با دما برابر است با:

\[{I_{Out}} = \left( {\frac{{1\mu A}}{{^\circ K}}} \right) \times T = 273\;\mu A + \frac{{1\mu A}}{{^\circ K}}\; \times T\]

بازه ی اندازه گیری حرارت در سنسور AD590 از -55 تا 150 درجه ی سانتی گراد بوده و دقت اندازه گیری آن ±0.5℃ است. بازه ی اندازه گیری دما در سنسور AD592 از -25 تا 150 درجه ی سانتی گراد می باشد.

جهت مطالعه ده ها مقاله ی تخصصی دیگر، بخش مقالات آموزش مدار فرمان را مشاهده کنید.

معرفی اولین سنسور دمای وایرلس جهان بدون نیاز به منبع تغذیه

شرکت ABB به تازگی یک پکیج وایرلس اندازه گیری دما را به بازار های اتوماسیون صنعتی معرفی کرده است. این سنسور جهت تامین پاور خود، نیازی به منبع تغذیه ی مجزا ندارد. این محصول که برای نخستین بار در هانوفر 2015 به نمایش گذاشته شده بود، از سوی شرکت ABB به عنوان اولین گونه از سنسور های وایرلس Self-Powered در جهان لقب گرفته است.

سنسور های خانواده ی TSP300_W از تکنولوژی ارتباط بی سیم WirelessHart پشتیبانی می کنند. این سنسور ها نیازی به وایرینگ، منبع تغذیه ی مجزا و در برخی مواقع نیاز به باتری داخلی نخواهند داشت. سنسور های TSP300_W قابلیت تغذیه کردن از یک ژنراتور micro-thermoelectric را دارند. این ژنراتور روی یک برد الکترونیکی طراحی شده است. در این سنسور ژنراتور با استفاده از اختلاف دمای بین دمای فرآیند و دمای محیط پیرامون انژری مورد نظر سنسور را تامین می کند. قابل ذکر است که ژنراتور micro-TEG قابلیت دست یابی به انرژی را از هر دو فرآیندهای سرد و گرم دارد.
شرکت ABB بیان می کند که هزینه ی نصب این سنسور های مستقل بی سیم نسبت به مدل های استاندارد 30 درصد کاهش یافته است. از طرفی به دلیل عدم نیاز به وایرینگ و نصب جانکشن باکس در فرآیند راه اندازی، زمان نصب نیز تا 75 درصد کاهش یافته است. عیب یابی در این سیستم به آسانی و از راه دور امکان پذیر است. سنسور های وایرلس شرکت ABB جهت تامین پاور و انرژی مورد نیاز برای ارسال و دریافت سیگنال، از روش جذب انرژی گرمایی استفاده می کنند. به این منظور ماژول Energy Harvester به عنوان یک قطعه ی اضافی در کنار این سنسور ها ارائه شده است. تصویر زیر نمونه ای از کاربرد این سنسور ها در صنعت را نشان می دهد.

ترموکوپل، یکی از مهم ترین سنسور های اندازه گیری دما است. به منظور آشنایی با ترموکوپل و انواع آن لطفا مقاله ی ترموکوپل چیست را مطالعه کنید. هم چنین در مقاله ی محاسبات ترموکوپل به بررسی نحوه ی اندازه گیری دما با ترموکوپل پرداخته ایم.