Я планирую построить серию приборов контроля температуры Arduino для комнаты, заполненной морозильниками Ultracold -80 ° C. (В конечном итоге я хочу преобразовать сигнал в последовательный поток, который будет взаимодействовать с моей существующей системой.)
До сих пор я нашел только однопроводные и другие датчики, которые рассчитаны только на -55C. В моем приложении они проводят большую часть своего времени около -80C. Мне нужна точность порядка 0,5-1 градуса при таких температурах.
Кто-нибудь знает источник для низкотемпературного датчика, который был бы Arduino-совместимым, надежным и мог бы быть размещен на конце провода (который должен быть пропущен в морозильник через небольшой порт)?
Небольшое обновление ниже.
Ответы:
Вы можете улучшить точность с помощью:
источник
Термопара типа T хорошо работает до ~ -200C. Чтобы немного облегчить жизнь, термопара может быть сопряжена с AD595 или аналогичным чипом, который обеспечивает компенсацию холодного спая и усиливает выходное напряжение. Тем не менее, необходимо соблюдать осторожность с термопарой типа T, так как эти устройства предназначены главным образом для типа K. В техническом паспорте перечислены некоторые особые соображения для использования с типом T. Выходные данные AD595 могут быть затем считаны с помощью AD вашего Arduino и масштабируется соответственно.
источник
Мы используем много простых старых диодов Шоттки SR106 для измерения температуры жидкого гелия (4K-20K), где я работаю. Они великолепны и дешевы, как ад.
Вам нужен источник постоянного тока (мы используем 10 или 100 мкА, в основном для уменьшения нагрева и испарения), и вам действительно нужно использовать 4-проводные соединения , но все, что вам действительно нужно для электроники, это диод и операционный усилитель для источника тока - инструментальный усилитель для считывания напряжения и несколько пассивных элементов.
Хитрый момент - это калибровка, но, если у вас есть измеритель температуры, который работает при этой температуре, вы можете просто использовать его в качестве стандарта передачи.
На самом деле у нас есть несколько причудливых штанов, дорогих крио-специфичных диодов, таких как @ user16653, упомянутых в комментариях к ответу @ Theran, и они на самом деле не отличаются от дешевых самодельных датчиков, которые представляют собой просто SR106, эпоксидированный в маленький медный блок. , чтобы облегчить термическую привязку к тестируемому устройству.
Основное преимущество коммерческих крио-диодных датчиков заключается в том, что они откалиброваны, но если у вас есть один, который откалиброван, вы можете просто использовать его в качестве стандарта передачи, чтобы довольно легко откалибровать все ваши другие самодельные датчики, и в этот момент все они работают над тоже самое.
Эта схема является прецизионным источником тока для управления диодом в криогенной системе.
В принципе, есть -10В точность ссылка (не показано на рисунке. Обратите внимание , что ссылка отрицательный ) , который входит в справа. Он делится на VR1 и буферизируется через U1B.
Теперь U1A будет стремиться поддерживать напряжение на своих входах равным, так как мы подключили выход обратно к отрицательному входу (через диод).
Это означает, что напряжение на выводе 2 U1 будет поддерживаться очень, очень близко к 0 В. Тем не менее, ток * не может протекать через вход или выход операционного усилителя (они имеют высокий импеданс), и ток не может протекать через C1, поэтому в основном это единственный путь для тока, который протекает в отрицательный суммирующий узел операционного усилителя. U1A через диод.
Следовательно, ток, протекающий через R6, равен ** току, протекающему через диод. Поскольку мы знаем напряжение на выводе (функционально это 0 В), мы можем легко рассчитать ток диода, так как мы знаем напряжение на TPC и сопротивление R6.
C1 уменьшает полосу пропускания контура, чтобы поддерживать стабильность схемы. Вы можете экспериментально уменьшить его значение до тех пор, пока схема не начнет колебаться, если вам нужно много пропускной способности, но это кажется маловероятным для теплового применения.
R10 как раз для защиты операционного усилителя в случае чего-то глупого, например, замыкания выходных проводов.
Обратите внимание, что вам нужно довольно приличную ссылка отрицательного напряжения, так как дрейф в вашей ссылке отрицательного напряжения будет напрямую привести к дрейфу в вашем токе смещения, что приводит к погрешности измерения.
Вы также должны использовать прилично низкий темпко резистор для R6 (как минимум, металлическая пленка).
В реальных приложениях я просто вставил прецизионный амперметр вместо D1 и настроил горшок, чтобы получить желаемый ток, вместо того, чтобы потрудиться вычислить его из математики, но любой подход подойдет.
Вы также должны использовать приличный операционный усилитель с низким смещением и низким смещением тока. Аналоговые устройства делают много приятных деталей.
* технически очень малый ток протекает через входы или выходы всех реальных операционных усилителей. Если вы используете современный операционный усилитель с низким током смещения, он достаточно мал, чтобы его здесь игнорировать.
** см. выше примечание о входных токах смещения операционного усилителя.
источник
Обычный способ измерения очень низких или очень высоких температур - это использование термопар. Их можно запускать удаленно на разумном расстоянии от места, где расположен интерфейс термопары.
Вы должны будете предусмотреть схему кондиционирования, необходимую для преобразования напряжения на проводах в формат, который может быть адаптирован Arduino. Один из способов, с помощью которого вы могли бы опробовать этот подход, - это использовать плату термопары от Adafruit. Эта небольшая плата может подключаться к Arduio через SPI-соединение с микросхемой управления на плате. Для поддержки многих из этих плат вы можете выбрать плату, с которой вы будете разговаривать в SPI, используя несколько внешних сдвиговых регистров для поддержки выбора большего числа.
источник
Один из вариантов, который вы, возможно, захотите рассмотреть, если использование термочувствительных диодов или Vbe-переход недорогого NPN-транзистора выглядит привлекательным для вас, - это посмотреть на такую микросхему, как ADT7476 от On Semiconductor . Это устройство позволяет подключать два удаленных диодных датчика и преобразовывает значение температуры в цифровые значения во внутренних регистрах. Кажется, что диапазон чтения регистра из таблицы данных может быть расширен до интересующего вас диапазона при условии, что пакет микросхем не такой уж холодный.
Часть представляет удобный интерфейс I2C на стороне шины.
Эти части довольно разумно оценены и могут быть куплены от Mouser Electronics .
Если вы решили опробовать этот подход, я бы порекомендовал вам поместить удаленные диоды в морозильную камеру и подключить 2-проводную витую пару через заземленный фольгированный экранированный кабель. Кабели будут подключаться обратно к электронному блоку теплой комнаты, который вам нужно будет собрать, включая любое количество ADT7476, которое вам нужно, и соединения для подключения Arduino.
источник
ОБНОВЛЕНИЕ : Мы работали с этой термопарой K-типа , хотя это не оптимальный диапазон. Мы попробовали J-тип, который должен лучше работать при таких температурах, но не смог заставить плату усилителя дать правильную калибровку. Все еще неудачный проект. Мы также можем захотеть найти парный T-тип, как рекомендуется @Mark.
Я попытался залить термопару с помощью Sugru и встроить магнит, чтобы закрепить ее внутри холодильника. Это сработало довольно хорошо и дало некоторую тепловую инерцию датчику.
В результате длительных испытаний наша плетеная термопара повредила влагу, а гильза износилась. Кроме того, это, казалось, создало некоторую утечку и конденсат, чтобы проникнуть через уплотнение двери, таким образом, мы должны будем найти проходной порт.
источник