Saya berencana membangun serangkaian unit pelaporan suhu yang dikontrol Arduino untuk ruangan yang penuh dengan "Ultracold" -80 ° C. (Saya akhirnya ingin mengubah sinyal ke aliran serial yang akan berinteraksi dengan sistem saya yang ada.)
Sejauh ini saya hanya menemukan satu kawat dan sensor lain yang hanya diberi peringkat -55C. Dalam aplikasi saya, mereka akan menghabiskan sebagian besar waktu mereka sekitar -80C. Saya hanya membutuhkan akurasi 0,5-1 derajat pada suhu tersebut.
Apakah ada yang tahu sumber untuk sensor suhu rendah yang akan kompatibel dengan Arduino, dapat diandalkan, dan dapat ditempatkan di ujung kawat (untuk dimasukkan ke freezer melalui port kecil)?
Pembaruan kecil di bawah ini.
Jawaban:
Anda dapat meningkatkan akurasi dengan:
sumber
Termokopel tipe T bekerja hingga ~ -200C. Untuk membuat hidup sedikit lebih mudah, termokopel dapat dihubungkan dengan chip AD595 atau serupa yang memberikan kompensasi sambungan dingin dan memperkuat output tegangan. Namun, perawatan harus diambil dengan termokopel Tipe T karena perangkat ini terutama dibuat untuk Tipe K. Lembar data mencantumkan beberapa pertimbangan khusus untuk digunakan dengan Tipe T. Output dari AD595 kemudian dapat dibaca dengan AD Anda Arduino dan diskalakan dengan tepat.
sumber
Kami menggunakan banyak dioda SR106 Schottky tua-polos untuk mengukur suhu helium cair (4K-20K) tempat saya bekerja. Mereka hebat, dan murah sekali.
Anda memerlukan sumber arus konstan (kami menggunakan 10 atau 100 uA, sebagian besar untuk mengurangi pemanasan dan boiloff), dan Anda benar-benar harus menggunakan koneksi 4-kawat , tetapi semua yang benar-benar Anda butuhkan untuk elektronik adalah dioda, dan op-amp untuk sumber arus, amp instrumentasi untuk membaca tegangan balik, dan segelintir pasif.
Bit yang rumit adalah kalibrasi, tetapi dengan asumsi Anda memiliki pengukur suhu yang berfungsi pada suhu tersebut, Anda bisa menggunakannya sebagai standar transfer.
Kami sebenarnya memiliki beberapa fancypants, dioda spesifik cryo mahal seperti @ user16653 yang disebutkan dalam komentar untuk jawaban @ Theran, dan mereka benar-benar tidak dapat dibedakan dari sensor murah buatan sendiri yang hanya SR106 yang dioxox menjadi blok tembaga kecil. , untuk memudahkan mengikat secara termal ke perangkat yang sedang diuji.
Keuntungan utama dari sensor dioda cryo komersial adalah mereka dikalibrasi, tetapi jika Anda memiliki satu yang dikalibrasi, Anda dapat menggunakannya sebagai standar transfer untuk mengkalibrasi semua sensor buatan sendiri lainnya dengan mudah, dan pada saat itu, semuanya bekerja dengan baik. sama.
Sirkuit ini adalah sumber arus presisi untuk mengemudi dioda dalam sistem kriogenik.
Pada dasarnya, ada referensi presisi -10V (tidak ditampilkan. Perhatikan bahwa referensi negatif ) yang masuk di sebelah kanan. Ini dibagi dalam VR1, dan buffered melalui U1B.
Sekarang, U1A akan berusaha untuk menjaga agar tegangan pada inputnya tetap sama, karena kita memiliki output yang terhubung kembali ke input negatif (melalui dioda).
Ini berarti bahwa tegangan pada pin 2 dari U1 akan dipertahankan sangat, sangat dekat dengan 0V. Namun, tidak ada arus * dapat mengalir masuk atau keluar dari input op-amp (mereka impedansi tinggi), dan tidak ada arus yang dapat mengalir melalui C1, jadi pada dasarnya satu-satunya jalur untuk arus mengalir ke simpul penjumlahan negatif dari op-amp U1A melalui dioda.
Oleh karena itu, arus yang mengalir melalui R6 adalah ** sama dengan arus yang mengalir melalui dioda. Karena kita tahu tegangan pada pin (secara fungsional itu 0V), kita dapat dengan mudah menghitung arus dioda, karena kita tahu tegangan pada TPC, dan resistansi R6.
C1 mengurangi loop bandwidth, untuk menjaga sirkuit tetap stabil. Anda dapat secara eksperimental mengurangi nilainya sampai sirkuit berosilasi, jika Anda membutuhkan banyak bandwidth, tetapi itu tampaknya tidak mungkin untuk aplikasi termal.
R10 ada di sana untuk melindungi op-amp jika terjadi sesuatu yang bodoh, seperti keluaran yang disingkat.
Perhatikan bahwa Anda memerlukan referensi tegangan negatif yang cukup baik, karena penyimpangan dalam referensi tegangan negatif Anda secara langsung akan mengakibatkan penyimpangan dalam arus bias Anda, menyebabkan pengukuran yang salah.
Anda juga harus menggunakan resistor tempco rendah yang layak untuk R6 (minimum film metal).
Dalam aplikasi dunia nyata, saya hanya memasukkan ammeter presisi di tempat D1, dan menyetel pot untuk mendapatkan arus yang saya inginkan, daripada repot-repot menghitungnya dari matematika, tetapi pendekatan mana pun akan berhasil.
Anda juga harus menggunakan op-amp arus yang layak, offset rendah & bias rendah. Perangkat analog menghasilkan banyak bagian yang bagus.
* Secara teknis, arus yang sangat kecil mengalir masuk atau keluar dari input semua op-amp dunia nyata. Jika Anda menggunakan op-amp modern, arus bias rendah, itu cukup kecil sehingga kami abaikan di sini.
** Lihat catatan di atas tentang arus bias input op-amp.
sumber
Cara konvensional untuk mengukur suhu yang sangat rendah atau sangat tinggi adalah dengan menggunakan termokopel. Ini dapat dijalankan dari jarak jauh dari lokasi di mana antarmuka termokopel berada.
Anda harus menyediakan sirkuit pengkondisian yang diperlukan untuk mengubah tegangan pada kabel menjadi format yang dapat ditampung oleh Arduino. Salah satu cara Anda bisa mencoba pendekatan ini adalah dengan menggunakan papan breakout termokopel dari Adafruit. Papan kecil ini dapat terhubung ke Arduio melalui koneksi SPI ke chip kontrol papan. Untuk mendukung banyak dari papan ini, Anda dapat memilih papan untuk diajak bicara di SPI menggunakan beberapa register shift eksternal untuk mendukung pemilihan jumlah yang lebih besar.
sumber
Salah satu opsi yang mungkin ingin Anda pertimbangkan, jika penggunaan dioda penginderaan suhu atau persimpangan Vbe dari transistor NPN berbiaya rendah terlihat menarik bagi Anda, adalah dengan melihat chip seperti ADT7476 dari On Semiconductor . Perangkat ini memungkinkan koneksi dua sensor dioda jarak jauh dan mengubah nilai suhu menjadi nilai digital dalam register internal. Rentang bacaan register dari lembar data tampaknya jika dapat diperluas menjadi kisaran minat untuk Anda asalkan paket IC tidak terlalu dingin.
Bagian ini menyajikan antarmuka I2C yang nyaman di sisi Bus.
Bagian-bagian ini cukup murah dan dapat dibeli dari Mouser Electronics .
Jika Anda memutuskan untuk mencoba pendekatan ini, saya akan merekomendasikan agar Anda meletakkan dioda jarak jauh di dalam freezer dan terhubung dengan pasangan twisted 2-kawat melalui kabel berpelindung foil yang terhubung dengan GND. Kabel akan terhubung kembali ke sepotong elektronik ruang hangat yang Anda harus membangun yang termasuk berapa pun jumlah ADT7476 yang Anda butuhkan dan koneksi untuk Arduino untuk dilampirkan.
sumber
UPDATE : Kami telah menjalankan dengan termokopel tipe-K ini , meskipun itu bukan kisaran optimal. Kami mencoba tipe-J, yang seharusnya bekerja pada suhu yang lebih baik, tetapi tidak bisa mendapatkan papan amplifier untuk memberikan kalibrasi yang tepat. Masih proyek yang terbakar kembali. Kami mungkin juga ingin menemukan tipe-T berpasangan seperti yang direkomendasikan oleh @Mark.
Saya mencoba pot termokopel dengan Sugru dan menanamkan magnet untuk mengamankannya di dalam lemari es. Ini bekerja dengan cukup baik dan memberikan inersia termal pada sensor.
Dalam jangka panjang dalam pengujian kami, termokopel yang dikepang mengalami kerusakan kelembaban dan selongsongnya hilang. Juga sepertinya membuat beberapa kebocoran dan kondensasi untuk melewati segel pintu, jadi kita harus menemukan port pass-through.
sumber