Ultra düşük (-85 ° C'ye kadar) dondurucu monitör için sensör

"Ultracold" -80 ° C derin dondurucularla dolu bir oda için bir dizi Arduino kontrollü sıcaklık raporlama ünitesi kurmayı planlıyorum. (Nihayetinde sinyali mevcut sistemimle arayüz oluşturacak bir seri akışa dönüştürmek istiyorum.)

Şimdiye kadar sadece bir telli ve sadece -55C dereceli diğer sensörler buldum. Benim uygulamada zamanlarının çoğunu -80C civarında harcayacaklardı. Bu sıcaklıklarda sadece 0,5 ila 1 derece hassasiyete ihtiyacım var.

Arduino uyumlu, güvenilir ve bir telin ucuna yerleştirilebilecek (küçük bir porttan dondurucuya geçirilecek) düşük sıcaklık sensörü için bir kaynak bilen var mı?

Aşağıda küçük güncelleme.

İleri gerilim ( küçük sabit akımda bir diyodun) çoğu zaman (kriyojenik) sıcaklıkları düşük ölçmek için kullanılır. Silikon diyotlar, yaklaşık -2 mV / K eğim ile geniş bir aralıkta neredeyse doğrusal bir sıcaklık fonksiyonu olan bir V f'ye sahiptir. Spesifik V f ve T eğrilerine standartlaştırılmış özel olarak üretilmiş diyotlar bile vardır . Kendiniz iki veya üç noktalı bir kalibrasyon yapmak istiyorsanız, sıradan bir sinyal diyotu kullanabilirsiniz. Bir 1N4148 bile kalibre ederseniz sıvı azot sıcaklıklarını doğru bir şekilde ölçebilir.$V_f$$V_f$$V_f$

Doğruluğu aşağıdaki yollarla artırabilirsiniz:

• kararlı bir sabit akım kaynağı kullanarak
• akım sağlamak ve voltajı ölçmek için ayrı kablo çiftleri kullanma
• blendajlı bükümlü kablo çifti kullanarak
• ADC'ye beslemeden önce ölçülen voltaja uygun bir ölçek ve ofset uygulanması

T tipi termokupl ~ -200C'ye kadar iyi çalışır. Hayatı biraz kolaylaştırmak için, termokupl soğuk bağlantı telafisi sağlayan ve voltaj çıkışını yükselten bir AD595 veya benzeri bir yonga ile arayüzlenebilir. Ancak, bu cihazlar öncelikle Tip K için yapıldığından, Tip T termokupl ile dikkat edilmelidir. Veri sayfasında Tip T ile kullanım için bazı özel hususlar listelenmektedir. AD595'in çıktısı, arduino ve uygun şekilde ölçeklendirildi.

Çalıştığım yerde sıvı helyum sıcaklıklarını (4K-20K) ölçmek için çok sayıda eski SR106 Schottky diyot kullanıyoruz. Harika ve cehennem kadar ucuz.

Sabit bir akım kaynağına ihtiyacınız var (çoğunlukla ısıtma ve boiloff'u azaltmak için 10 veya 100 uA kullanıyoruz) ve gerçekten 4 telli bağlantılar kullanmalısınız , ancak elektronikler için gerçekten ihtiyacınız olan tek şey diyot ve op-amp akım kaynağı için, gerilimi geri okumak için bir enstrümantasyon amplifikatörü ve bir avuç pasif.

Zor bit kalibrasyon, ancak bu sıcaklıkta çalışan bir sıcaklık ölçere sahip olduğunuzu varsayarsak, bunu bir transfer standardı olarak kullanabilirsiniz.

Aslında @ Theran'ın cevabına yapılan yorumlarda bahsedilen @ user16653 gibi pahalı, cryo'ya özgü pahalı diyotlardan birkaçına sahibiz ve gerçekten küçük bir bakır bloğa epoksiye edilmiş bir SR106 olan ucuz, ev yapımı sensörlerden ayırt edilemezler. , test edilen cihaza termal olarak bağlanmasını kolaylaştırmak için.
Ticari kriyo diyot sensörlerinin birincil avantajı kalibre edilmiş olmalarıdır, ancak kalibre edilmiş bir tane varsa, diğer tüm ev yapımı sensörlerinizi kolayca kolayca kalibre etmek için bir transfer standardı olarak kullanabilirsiniz ve bu noktada hepsi işe yarar aynısı.

Bu devre, bir kriyojenik sistemde bir diyotun sürülmesi için hassas bir akım kaynağıdır.

Temel olarak, sağda gelen -10V hassas referans (gösterilmemiştir. Referansın negatif olduğunu unutmayın ) vardır. VR1'e bölünmüş ve U1B ile tamponlanmıştır.

Şimdi, U1A girişlerdeki gerilimi eşit tutmak için çaba gösterecektir, çünkü çıkış negatif girişe (diyot aracılığıyla) geri bağlanmıştır.
Bu, U1'in pim 2'sindeki voltajın 0V'a çok, çok yakın tutulacağı anlamına gelir. Bununla birlikte, op-amp girişine (yüksek empedanstır) hiçbir * akım akamaz ve C1'den hiçbir akım akamaz, bu nedenle temelde akımın op-amp'in negatif toplama düğümüne akması için tek yol U1A diyottan geçer.

Bu nedenle, R6'dan akan akım, diyottan akan akıma ** eşittir. Pimdeki voltajı bildiğimizden (fonksiyonel olarak 0V), TPC'deki voltajı ve R6 direncini bildiğimiz için diyot akımını kolayca hesaplayabiliriz.

C1, devreyi sabit tutmak için döngü bant genişliğini azaltır. Çok fazla bant genişliğine ihtiyacınız varsa, devre salınana kadar değerini deneysel olarak azaltabilirsiniz, ancak bu termal bir uygulama için olası görünmemektedir.

R10, çıkış kablolarının kısa devre yapması gibi aptalca bir şey olması durumunda op-amp'i korumak için orada.

Negatif voltaj referansınızdaki sapma doğrudan önyargı akımınızda sapmaya neden olacağından yanlış ölçümlere neden olacağından oldukça iyi bir negatif voltaj referansına ihtiyacınız olduğunu unutmayın.

Ayrıca R6 için makul derecede düşük bir tempco direnci kullanmalısınız (en az metal film).

Gerçek dünya uygulamalarında, D1 yerine hassas bir ampermetre taktım ve potu matematikten hesaplamaktan ziyade istediğim akımı almak için ayarladım, ancak her iki yaklaşım da işe yarayacaktı.

Ayrıca iyi, düşük ofset ve düşük önyargı akım op-amp'i kullanmalısınız. Analog cihazlar çok güzel parçalar yapar.

* teknik olarak, tüm gerçek dünya op-amp'lerinin girişlerine aşırı küçük bir akım akar. Modern, düşük voltajlı bir op-amp kullanıyorsanız, burada görmezden gelebileceğimiz kadar küçük.

** op-amp giriş bias akımları ile ilgili yukarıdaki nota bakın.

Çok düşük veya çok yüksek sıcaklıkları ölçmenin geleneksel yolu termokupl kullanmaktır. Bunlar, termokupl arayüzünün bulunduğu yerden makul bir mesafede çalıştırılabilir.

Teller üzerindeki voltajı Arduino tarafından yerleştirilebilecek bir formata dönüştürmek için gereken koşullandırma devresini sağlamanız gerekir. Bu yaklaşımı denemenin bir yolu Adafruit termokupl kesme tahtasını kullanmaktır . Bu küçük kart Arduio'ya yerleşik kontrol çipine bir SPI bağlantısıyla bağlanabilir. Bu panoların birçoğunu desteklemek için, daha büyük bir sayının seçilmesini desteklemek üzere bazı harici vardiya kayıtlarını kullanarak SPI'da konuşmak için pano seçebilirsiniz.

Sıcaklık algılama diyotlarının kullanımı veya düşük maliyetli bir NPN transistörün Vbe birleşimi sizin için cazip görünüyorsa , On Semiconductor'dan ADT7476 gibi bir yongaya bakmaktır . Bu cihaz, iki uzak diyot sensörünün bağlanmasına izin verir ve sıcaklık değerini dahili kayıtlardaki dijital değerlere dönüştürür. Veri sayfasındaki kayıt okuma aralığı, IC paketinin o kadar soğuk olmaması şartıyla, sizin için ilgi alanına girebilecek kadar uzayabiliyorsa.

Parça, Bus tarafında kullanışlı bir I2C arayüzü sunar.

Bu parçalar oldukça makul fiyatlıdır ve Mouser Electronics'ten satın alınabilir .

Bu yaklaşımı denemeye karar verdiyseniz, uzak diyotları dondurucuya koymanızı ve GND bağlı folyo ekranlı kablo ile 2 telli bükümlü çift ile bağlamanızı tavsiye ederim. Kablolar, ihtiyaç duyduğunuz sayıda ADT7476 ve Arduino'nun bağlanması gereken bağlantıları içeren, inşa etmeniz gereken bir parça sıcak oda elektroniğine bağlanır.

GÜNCELLEME : Optimum aralık olmasa da, bu K tipi termokupl ile çalışıyoruz . Bu sıcaklıklarda daha iyi çalışması beklenen J-tipini denedik, ancak amplifikatör kartını uygun kalibrasyonu sağlayamadı . Hâlâ geriye dönük bir proje. @Mark'ın önerdiği şekilde eşleştirilmiş bir T türü bulmak da isteyebiliriz.

Termokupl'u Sugru ile saklamayı ve buzdolabının içine sabitlemek için bir mıknatıs yerleştirmeyi denedim. Bu oldukça iyi çalıştı ve sensöre bir miktar termal atalet verdi.

Testlerimizde uzun vadede, örgülü termokupl nem hasarı aldı ve manşon aşındı. Ayrıca kapı contasını geçmek için biraz sızıntı ve yoğuşma yarattı, bu yüzden bir geçiş portu bulmamız gerekecek.