3.1 Описание схемы устройства

На плате температурный датчик генерирует напряжение пропорциональное абсолютной температуре, которая сравнивается с внутренним напряжением и поступает на цифровой модулятор.

Плата температурного датчика обладает хорошей точностью, обеспечивает линейность характеристик на всем температурном диапазоне, без необходимости калибровки датчика пользователем.

Выходной сигнал датчика переводится в цифровую форму с помощью сигма-дельта модулятора, так же известного как АЦП. Этот тип преобразователя использует дискретизацию временных интервалов и высокоточный компаратор, предоставляющий 16- битное разрешение в очень компактной схеме.

Функция регистра конфигурации:

• Переключение между 13-битным и 16-битным расширением;

• Переключение между работой в обычном режиме и работой в режиме энергосбережения;

• Переключение между компаратором и режимом прерывания на INT и CT портах;

• Установление активного соединения между INT и CT портами;

• Определение количества ошибок, которые возникают на INT и CT портах;

• Включение стандартного одноразового режима и 1-SPS режима.

2. Принцип работы цифрового модулятора

Сигма-дельта модулятор состоит из встроенного образца, интегратора, компаратора, объединителя цепей.

На рис.3.1 приведена структурная схема модулятора.

Рисунок 3.1 – Сигма-дельта модулятор

Такая архитектура создает петлю обратной связи и уменьшает выходной сигнал.

Компаратор осуществляет выборку выходного сигнала на более высокой частоте, чем частота выборки входного сигнала. Благодаря такой выборке, шум дискретизации распространяется по наиболее широкой полосе частот, улучшая при этом точность передаваемого сигнала.

Модулированный выходной сигнал компаратора кодируется используя I₂C интерфейс.

2. Измерение температуры

В обычном режиме ADT 7410 автоматически управляет преобразовательной последовательностью. Процесс преобразования занимает 240 мс. Это означает, что как только одно температурное преобразование закончено, начинается другое. Каждый результат преобразований сохраняется в регистре значения температуры.

В режиме повышенного потребления энергии (включ. электропитание) первое преобразование происходит быстрее всех, занимая при этом 6 мс.

Если температура превышает критическое значение +147ºС, тогда порт CT устанавливает низкий уровень температуры.

Если температура свыше +64ºС, то порт INT устанавливает низкий уровень температуры.

Измеренное значение температуры сравнивают с предельным значением (сохраненным в 16-битном регистре T_CRIT), с значением высокой температуры (сохраненным в 16-битном регистре T_HIGH) и с с значением низкой температуры (сохраненным в 16-битном регистре T_LOW).

Если измеряемое значение превышает данные ограничения, активизируется INT порт. Если значение превышает T_CRIT

Порты CT и INT спрограммированы для перехода к режиму прерывания.

2. Одноразовый режим работы ADT7410

При использовании одноразового режима ИМС ADT7410 закончив преобразование, переходит в режим завершения работы. Данный режим используется, когда одним приоритетов проектирования схемы – это уменьшение энергопотребления.

Чтобы перейти в одноразовый режим преобразования необходимо установить биты из регистра конфигурации (адрес регистра 0×0.3) к 01.

После включения одноразового режима необходимо подождать по крайней мере 240 мс, прежде чем считывать температуры с регистра значений температуры.

2. 1-SPS режим

В этом режиме происходит одно измерение в секунду. Преобразование занимает всего 60 мс, и оно остается в нерабочем состоянии в течении 940 мс. Этот режим позволяет записать от 1 по 6 биты и от 0 по 5 биты в регистре конфигурации

(адрес регистра 0×0.3).

3. Инфракрасные датчики температуры

Инфракрасные датчики температуры или пирометры измеряют температуру поверхности на расстоянии. Принцип из работы основан на том, что любое тело при температуре выше абсолютного нуля излучает электромагнитную энергию. При низких температурах это излучение в инфракрасном диапазоне, при высоких температурах часть энергии излучается уже в видимой части спектра. Интенсивность излучения напрямую связана с температурой нагретого объекта. Диапазон измерений температур бесконтактными датчиками от -45ºС до +3000ºС. Причем в диапазоне высоких температур инфракрасным датчикам нет конкуренции. Для измерения в различных диапазонах температур используются различные участки инфракрасного спектра. Так при низких температурах это обычно диапазон длин волн электромагнитного излучения 7 – 14 микрон. В диапазоне средних температур это может быть 3 – 5 микрон. При высоких температурах используется участок в районе 1 микрон. Однако и здесь есть свои особенности, связанные с решением конкретной задачи. Так для измерения температуры тонких полимерных пленок используются датчики, работающих на длинах волн 3,43 или 7,9 микрометров, а для измерения температуры стекла используют датчики, работающие в диапазоне 5 микрон. Для правильного измерения температуры необходимо еще ряд факторов. Прежде всего это излучательная способность нагретых тел.

Процессы излучения и поглощения электромагнитной энергии нагретым телом происходят не непрерывно, а конечными порциями – квантами. Квант – это минимальная порция энергии, излучаемой или поглощаемой телом. По теории Планка, энергия кванта E прямо пропорциональна частоте света:

где – так называемая постоянная Планка.

Постоянная Планка – это универсальная константа. На основе гипотезы о прерывистом характере процессов излучения и поглощения телами электромагнитного излучения Планк получил формулу для спектральной светимости абсолютно черного тела. Формулу Планка удобно записывать в форме, выражающей распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела по частотам ν, а не по длинам волн λ.

Здесь – скорость света,– постоянная Планка,– постоянная Больцмана,– абсолютная температура.

Второй важной характеристикой инфракрасного датчика является оптическое отношение – это отношение расстояния до объекта измерений к размеру области, с которой эти измерения ведутся. Например, оптическое отношение 10:1 означает, что на расстоянии 10 метров размер площади, с которой ведется измерение температуры составляет 1 метр. Современные инфракрасные датчики температуры имеют оптическое отношение достигающие 300:1. Основные достоинства инфракрасных датчиков температуры: малое время отклика. Это самые быстродействующие датчики температуры. Возможность измерения температуры движущихся объектов. Измерения температуры в труднодоступных и опасных местах. Измерение высоких температур, там, где другие датчики уже не работают. К достоинствам можно отнести то, что отсутствует непосредственный контакт с объектом.

Пирометр(инфракрасный термометр) – прибор для бесконтактного измерения температуры. По области применения инфракрасные термометры классифицируют на 2 типа: стационарные и переносные (портативные). Инфракрасные термометры относятся к группе приборов неразрушающего контроля, что позволяет проводить измерение температур без непосредственного контакта с измеряемой поверхностью, как в случае контактными электронными термометрами. Их использование гарантирует безопасность при диагностике дефектов и мониторинге различных процессов, а также помехоустойчивость в процессе измерения для получения объективных и точных результатов.