최저 -85 ° C 냉동고 모니터 용 센서

"Ultracold"-80 ° C 냉동실이 가득 찬 방을 위해 일련의 Arduino 제어 온도보고 장치를 구축 할 계획입니다. (결국 기존 시스템과 인터페이스 할 직렬 스트림으로 신호를 변환하고 싶습니다.)

지금까지 -55C 등급의 단선 및 기타 센서 만 발견했습니다 . 내 응용 프로그램에서 그들은 대부분의 시간을 -80C 주위에서 보냈습니다. 나는 그 온도에서 약 0.5 ~ 1 도의 정확도 만 필요합니다.

아두 이노 호환 가능하고 신뢰할 수 있고 와이어 끝에 배치 할 수있는 저온 센서의 소스를 알고 있습니까 (작은 포트를 통해 냉동실로 전달)?

아래의 작은 업데이트.

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다음을 통해 정확성을 향상시킬 수 있습니다.

• 안정적인 정전류 공급을 사용하는 것
• 별도의 전선 쌍을 사용하여 전류 공급 및 전압 측정
• 차폐 연선 케이블 사용
• ADC에 공급하기 전에 측정 된 전압에 적절한 스케일 및 오프셋 적용

타입 T 열전대는 ~ -200C까지 잘 작동합니다. 수명을 조금 더 쉽게하기 위해 열전대를 냉 접점 보상을 제공하고 전압 출력을 증폭시키는 AD595 또는 유사한 칩과 인터페이스 할 수 있습니다. 그러나 이러한 장치는 주로 유형 K를 위해 만들어지기 때문에 유형 T 열전대에주의를 기울여야합니다. 데이터 시트에는 유형 T와 함께 사용하기위한 몇 가지 특별한 고려 사항이 나와 있습니다. 그런 다음 AD595의 출력을 AD의 AD로 읽을 수 있습니다 arduino와 적절한 확장.

필자는 일하는 곳에서 액체 헬륨 온도 (4K-20K)를 측정하기 위해 많은 오래된 SR106 쇼트 키 다이오드를 사용합니다. 그들은 위대하고 지옥처럼 싸다.

일정한 전류 소스가 필요합니다 (우리는 주로 가열 및 증발을 줄이기 위해 10 또는 100 uA를 사용합니다). 실제로 실제로는 4 선 연결을 사용해야 하지만 전자 장치에 실제로 필요한 것은 다이오드 및 op 앰프입니다 전류 소스, 전압을 다시 읽을 수있는 계측 증폭기 및 소수의 패시브.

까다로운 비트는 교정이지만 해당 온도에서 작동하는 온도 측정기가 있다고 가정하면 전송 표준으로 사용할 수 있습니다.

우리는 실제로 @Theran의 답변에 대한 의견에서 언급 된 @ user16653과 같은 멋진 팬츠, 고가의 cryo 특정 다이오드를 가지고 있으며, 실제로는 작은 구리 블록에 SR106으로 에폭시 화 된 싸고 수제 센서와 구별 할 수 없습니다 , 테스트중인 장치에 열을 쉽게 결속 할 수 있습니다.
상업용 냉동 다이오드 센서의 주요 장점은 캘리브레이션 된 것이지만 캘리브레이션 된 센서가있는 경우 다른 수제 센서를 아주 쉽게 캘리브레이션하기 위해 전송 표준으로 사용할 수 있습니다. 똑같다.

이 회로는 극저온 시스템에서 다이오드를 구동하기위한 정밀 전류 소스입니다.

기본적으로 오른쪽 에는 -10V 정밀 참조 (표시되지 않음. 참조는 음수 임)가 있습니다. VR1로 분할되고 U1B를 통해 버퍼링됩니다.

이제 U1A는 다이오드의 출력을 다시 네거티브 입력에 연결했기 때문에 입력의 전압을 동일하게 유지하려고 노력합니다.
이것은 U1의 핀 2의 전압이 0V에 매우 가깝게 유지됨을 의미합니다. 그러나 * 전류가 op-amp 입력에 유입되거나 유출 될 수 없으며 (높은 임피던스 임) C1을 통해 전류가 흐를 수 없으므로 기본적으로 전류가 op-amp의 음의 합산 노드로 흐를 수있는 유일한 경로 U1A는 다이오드를 통과합니다.

따라서 R6을 통해 흐르는 전류는 다이오드를 통해 흐르는 전류와 같습니다 **. 우리는 핀의 전압 (기능적으로 0V)을 알고 있기 때문에 TPC의 전압과 R6의 저항을 알고 있기 때문에 다이오드 전류를 쉽게 계산할 수 있습니다.

C1은 루프 대역폭을 줄여 회로를 안정적으로 유지합니다. 대역이 많이 필요한 경우 회로가 진동 할 때까지 실험적으로 값을 줄일 수 있지만 열적 응용에는 적합하지 않습니다.

R10은 출력 리드가 단락되는 것처럼 어리석은 일이 발생하는 경우 연산 증폭기를 보호하기위한 것입니다.

네거티브 전압 레퍼런스의 드리프트는 바이어스 전류의 드리프트를 직접 초래하여 잘못된 측정을 유발하므로 상당히 적절한 네거티브 전압 레퍼런스가 필요합니다.

또한 R6 (최소한 금속 막)에는 낮은 템코 저항을 사용해야합니다.

실제 응용 프로그램에서는 D1 대신 정밀 전류계를 집어 넣고 원하는 전류를 얻도록 냄비를 조정했지만 수학에서 계산하지 않고 두 가지 방법 중 하나를 사용했습니다.

또한 적절한 낮은 오프셋 및 낮은 바이어스 전류 연산 증폭기를 사용해야합니다. 아날로그 장치는 훌륭한 부품을 많이 만듭니다.

* 기술적으로는 모든 실제 연산 증폭기의 입력에 매우 작은 전류가 흐르거나 흐릅니다. 현대식 저 바이어스 전류 op 앰프를 사용하는 경우 여기에서 무시할 정도로 작습니다.

** 연산 증폭기 입력 바이어스 전류에 대해서는 위의 참고 사항을 참조하십시오.

매우 낮거나 높은 온도를 측정하는 일반적인 방법은 열전대를 사용하는 것입니다. 열전대 인터페이스가있는 위치에서 적절한 거리에서 원격으로 작동 할 수 있습니다.

전선의 전압을 Arduino가 수용 할 수있는 형식으로 변환하는 데 필요한 컨디셔닝 회로를 제공해야합니다. 이 방법을 시도 할 수있는 한 가지 방법 은 Adafruit 의 열전대 브레이크 아웃 보드 를 사용하는 것 입니다. 이 소형 보드는 온보드 제어 칩에 대한 SPI 연결을 통해 Arduio에 연결할 수 있습니다. 이러한 많은 보드를 지원하기 위해 일부 외부 시프트 레지스터를 사용하여 SPI에서 통신 할 보드를 선택하여 더 큰 숫자를 선택할 수 있습니다.

저렴한 NPN 트랜지스터의 온도 감지 다이오드 또는 Vbe 접합을 사용하는 것이 매력적이라면 고려해야 할 옵션 중 하나는 On Semiconductor 의 ADT7476 과 같은 칩을 보는 것 입니다. 이 장치는 두 개의 원격 다이오드 센서를 연결하고 온도 값을 내부 레지스터의 디지털 값으로 변환합니다. 데이터 시트의 레지스터 판독 범위는 IC 패키지가 그렇게 차갑지 않은 경우 관심 범위로 확장 될 수있는 것으로 보입니다.

이 부품은 버스 측에 편리한 I2C 인터페이스를 제공합니다.

이 부품들은 합리적으로 가격이 책정되며 Mouser Electronics 에서 구입할 수 있습니다 .

이 접근법을 시도하기로 결정한 경우 원격 다이오드를 냉동고에 넣고 GND 연결 포일 차폐 케이블을 통해 2 선 트위스트 페어로 연결하는 것이 좋습니다. 케이블은 필요한 ADT7476의 수와 Arduino의 연결을 포함하여 구축해야 할 따뜻한 방 전자 장치에 다시 연결됩니다.

업데이트 : 우리는이 K 형 열전대를 사용 하고 있지만 최적의 범위는 아닙니다. 우리는 그 온도에서 더 잘 작동하는 J 타입을 시도했지만 앰프 보드 가 적절한 보정을 할 수 없었습니다 . 여전히 버너 프로젝트입니다. @Mark 권장과 같이 쌍을 이루는 T 타입을 찾고 싶을 수도 있습니다.

Sugru로 열전대를 포팅하고 냉장고 내부에 고정하기 위해 자석을 삽입했습니다. 이것은 꽤 잘 작동했으며 센서에 약간의 열 관성을 제공했습니다.

테스트에서 장기간에 걸쳐 꼰 열전대는 습기로 인한 손상을 입었고 슬리브는 사라졌습니다. 또한 도어 씰을 통과하기 위해 누출과 응축이 발생하는 것처럼 보였으므로 통과 포트를 찾아야합니다.