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Temperatursensor SMT-160

 
 
 
 

 

 

 

 

 

 
Temperaturbereiche
Dieser Baustein enthält einen Temperatursensor dessen maximale Grenztemperaturen kurzzeitig zwischen -65°C und +160°C liegen. Der normale Arbeitsbereich erstreckt sich zwischen -40°C und 130°C. In diesem Bereich weicht seine Kennlinie um maximal 0,5°C von einer Geraden ab. Zwischen -30°C und +100°C beträgt die lineare Abweichung nur noch 0,2°C.

Versorgungsspannung
Die Versorgungsgleichspannung Ucc des Bausteins kann zwischen
von 4,75V und 7V liegen. Die Stromaufnahme beträgt etwa 200µA. Im Bereich der Versorgungsspannung ist der Ausgang Q kurzschlusssicher. Bei einem Kurzschluss bleibt der Strom kleiner als 40mA. Das Ausgangssignal ist bei entsprechender Versorgungsspannung TTL bzw. CMOS-kompatibel.

Pulsbreitenmodulation
Der in diesem Baustein integrierte A/D-Wandler übersetzt das analoge Temperatursignal des Sensors in ein digitales Rechtecksignal. Die Periodendauer T dieses Signals ist Abhängig von der Arbeitsfrequenz des Sensors. Bei f=1kHz beträgt T=1ms, bei 4kHz dauert T=250µs. Die zeitliche Dauer t1 während einer Periode ist ein Mass für die Temperatur. Eine kurze 1 bedeutet eine niedrige Temperatur und eine lange 1 eine hohe. Man nennt dieses Verfahren 'Pulsbreitenmodulation'. Das Rechtecksignal kann am Pin Q, dem Ausgang, gegen GND abgenommen werden. Sein Maximalwert entspricht dem der anliegenden Versorgungsspannung.

Die Pulsbreitenmodulation hat den Vorteil, dass die Temperaturinformation sowohl mit analogen Messeinrichtungen, die den Mittelwert der Rechteckspannung bilden, wie mit digitalen Verfahren weiterverarbeitet werden kann. Bei der digitalen Verarbeitung können einfache Prozessoren ohne A/D-Wandler verwendet werden, zudem belegt der Sensor nur ein Torbit. Ein weiterer Vorteil der digitalen Signale ist, dass sie mit einfachen Mitteln über grosse Entfernungen übertragen werden können. Beim SMT 160-30 sind 20m ohne Hilfsmittel möglich.

Berechnung der Temperatur
Bei dem SMT 160-30 besitzt das Ausgangssignal eine Frequenz zwischen 1kHz und 4kHz. Diese Frequenz ist jedoch von untergeordneter Bedeutung, denn die Temperatur ist, wie oben beschrieben, im Tastverhältnis der Zeit für das 1-Signal (t1) zu der Periodendauer (T) enthalten. Es gelten die in der Formel angegebenen Beziehungen, aus denen die Temperatur berechnet werden kann, wenn das Tastverhältnis bekannt ist. Der Sensor hat während seiner Fertigung eine künstliche Alterung (burn in) erfahren. Er wurde zudem bei einer Temperatur von 23°C abgeglichen. Der Fehler dieses Abgleichs ist kleiner als 0,25°C. Zusammen mit den anderen Fehlerquellen, dem Linearitätsfehler, den Driftfehlern durch die Alterung des Sensors und Veränderungen bei der Versorgungsspannung, ergibt sich ein absoluter Fehler von 0,5°C in dem Temperaturbereich zwischen -30°C und 100°C. Im Bereich von -40°C bis 130°C beträgt der absolute Fehler 1°C

Zusammenfassung der technischen Daten:

 

 

 

 

 
Langzeitdrift
Eine Veränderung der Messergebnisse des Sensors stellt sich nach monatelangem Gebrauch ein. Wird der Sensor im Bereich der Raumtemperaturrnessung eingesetzt, dann beträgt diese Drift weniger als 0,05°C. Bei starkem Wechsel zwischen höheren Temperaturen wird der Driftfehler grösser und teilweise unumkehrbar. Dies liegt vor allem an der mechanischen Beanspruchung der Sensormaterialien. Bei Temperaturen über 100°C, die nicht über die Grenzen des angegebenen Arbeitsbereichs hinausstreben, ist eine Langzeitdrift von weniger als 0,2°C zu erwarten.

Wiederholgenauigkeit der Messung
Die Wiederholgenauigkeit einer Messung ist mit 0,2°C relativ gering. Jedoch lässt sich die Genauigkeit des Messwertes durch Mehrfachmessung und Mittelung der Ergebnisse stark verbessern. Mit Mikrocontrollern können auf diesem Weg über einen Messzeitraum von 50ms Genauigkeiten bis 0,01°C erreicht werden. Der Mittelwert wird hierbei nicht durch eine Rechnung erzeugt, sondern indem alle 1-Signalzeiten (t1m) in dem gewünschten Zeitraum (Tm) gezählt werden. Das Verhältnis (t1m/Tm) ist ein Mass für den Mittetwert der Temperatur. Eine derartige Mittelwertbildung ist natürlich nur dann sinnvoll, wenn sich die zu erfassende Grösse sehr langsam in Relation zu dem Messzeitraum ändert. Davon kann bei Temperaturmessungen in der Regel ausgegangen werden. Die Länge des 1-Signals beträgt bei -45°C etwa 10,85% der gesamten Zyklusdauer. Bei 0°C, 32%, bei 100°C, 79% und bei 144,68°C werden 100% erreicht, was bedeutet, dass die 1 über die gesamte Zyklusdauer anhält und höhere Temperaturen von dem Sensor nicht erfasst werden können.

Anwendungabereiche
Aufgrund seiner Spezifikationen ist der Temperatursensor SMT160-30 zur Temperaturüberwachung in Klimaanlagen und Prozessen der Lebensmittelherstellung geeignet. Man findet ihn in Heiz- und Kühlanlagen, Einrichtungen der Warmwasseraufbereitung, Waschmaschinen und Überhitzungsschutzeinrichtungen bei Motoren und Endstufen der Leistungselektronik. Seine Besonderheit ist der Einsatz ohne zusätzliche Beschaltung in Systemen mit Mikroprozessoren.

 

 
 

 
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