Integrierte Temperatursensoren (IC-Temperatursensoren) – Vorteile und Anwendungen

Die vielleicht modernste Methode zur Temperaturmessung in der Elektronik ist der Einsatz von IC-Temperatursensoren. Solche Sensoren können direkt in Mikroschaltungen eingebaut werden und bieten Entwicklern aufgrund der Abhängigkeit der I-V-Charakteristik einer Halbleiterverbindung von ihrer Temperatur heute vielfältige Möglichkeiten zur Entwicklung präziser Messgeräte. Die Richtung entwickelt sich recht schnell, sie hat ihre eigenen Merkmale, auf die später in diesem Artikel eingegangen wird.

Dioden-Integralsensoren bieten Vorteile gegenüber Thermoelemente und Platin-Widerstandsthermometer, obwohl sie bei relativ niedrigen Temperaturen arbeiten können – nicht mehr als 150 ° C. Die Sensoren sind sehr kompakt, weshalb sie bequem eingebaut werden können, und sie sind außerdem kostengünstig in der Herstellung.

Solche Sensoren eignen sich ideal für die Integration in Regler, Verstärker, Mikrocontroller und andere elektronische Geräte, bei denen eine genaue Online-Temperaturüberwachung erforderlich ist.Diodensensoren sind sehr empfindlich und genau – das ist ihr Hauptvorteil für die Elektronik.

Es gibt immer mehr Bereiche, in denen integrierte Sensoren passen. Angefangen bei Temperaturmesssystemen von Messmodulen bis hin zur Temperaturmessung von Prozessoren und der Anwendung in Steuerungssystemen mit vielen kontrollierten Parametern: Temperatur, Druck usw.

Aus Brandschutzgründen ist es äußerst sinnvoll, integrierte Diodensensoren in Temperaturfernüberwachungssysteme zu integrieren, sodass der Alarm ausschließlich dann ausgelöst wird, wenn die Temperatur einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.

Die ersten Integralsensoren haben sich bereits als überlegen erwiesen Thermistoren, da bei Thermistoren die Abhängigkeit des Widerstands von der Temperatur alles andere als linear ist und sich bei Diodensensoren die Ausgangskennlinie sofort als linear herausstellt.

Integrale Sensoren werden in analoge und digitale Sensoren eingeteilt und können temperaturproportionale Strom- oder Spannungssignale liefern. Analoge Sensoren verlieren nicht an Beliebtheit, da ihr Betriebsspannungsbereich recht groß ist – von 4 bis 30 Volt, während sie nicht empfindlich gegenüber Spannungsabfällen auf den Signalübertragungsleitungen sind. Obwohl die meisten Instrumente heutzutage ein digitales Format für Eingangsdaten erfordern, kann ein analoges Signal mithilfe eines ADC problemlos in ein digitales umgewandelt werden.

In vielen Lösungen für Überwachungs- und Messaufgaben verfügen Diodensensoren über einen integrierten ADC, da die Fertigungstechnologie dies zulässt – der Sensor erweist sich als kostengünstig.Das Ausgangssignal eines digitalen Integralthermometers liegt nun im Format 1 oder 0 vor, was sich bequem an einen externen Mikrocontroller übertragen lässt.

Bei integrierten Temperatursensoren sind auch zusätzliche Funktionen möglich: Überwachung von Spannungsänderungen, Messung der Temperatur eines entfernten Objekts, Messung der Durchflussmenge, Signalisierung bei Überschreitung der eingestellten Temperatur.

Integrierte digitale Temperatursensoren wie der DS18S20 erfreuen sich seit langem weltweiter Beliebtheit in der 1-Wire-Technologie, obwohl sie ursprünglich als abgekündigte DS1820-Sensoren bekannt waren. Diese Sensoren zeichnen sich durch Geräuschisolierung und hohe messtechnische Leistung aus, was bei der Organisation von Autobahnen sehr wichtig ist.

Seit mehr als 15 Jahren werden DS1820-Sensoren beim Aufbau von Mehrpunkt-Temperaturregelsystemen im Bereich von -55 °C bis +125 °C eingesetzt, sie ermöglichen eine Echtzeit-Temperaturüberwachung und signalisieren schnell die Tatsache, dass die Temperatur ansteigt den Sollwert überschreitet. Dies ist dank des im Chip eingebauten nichtflüchtigen Speichers möglich.

Die DS18B20-Sensoren sind fortschrittlicher – sie ermöglichen die Programmierung der Bitbreite des Ergebnisses über 1-Wire und damit die Einstellung der Konvertierungsrate. Der vom Sensor ausgegebene digitale Code ist bereits das Ergebnis der Temperaturmessung und es müssen keine weiteren Umrechnungen vorgenommen werden.

Der DS1822-Sensor ist eine vereinfachte, unkalibrierte Version des DS18B20-Sensors, er ist günstiger und ermöglicht kostengünstige Mehrpunkt-Temperaturregelsysteme. Es gibt auch eine kostengünstige Zwei-Pin-Version, wie den DS1822-PAR, der im parasitären Single-Wire-Modus betrieben wird.

Es gibt auch ein DS1825-Eindraht-Thermometer, das über 4 Adresspins für maximal 16 lokale Adressen auf einer Eindrahtleitung verfügt. Mit dieser Funktion kann der Techniker bis zu 16 Mehrpunkt-Temperaturkontrollthermometer finden, die sich in einer Linie im 1-Wire-Netzwerk befinden. Dies erfordert keine passenden Tabellen mit 64-Bit-Einzeladressen, d. h. die Leistung eines solchen Systems wird erhöht.