LM35 это прецизионный интегральный датчик температуры с широким диапазоном температур, высокой точностью измерения, калиброванным выходом  по напряжению. Именно эти качества определили популярность датчика.

 

Хочу заметить, что LM35 не полный аналог датчика температуры TMP35 компании Analog Devices. Серия датчиков TMP35, TMP36, TMP37 этой фирмы имеет другие параметры, другие схемы подключения.

Эта статья – перевод на русский язык официальной документации (datasheet)  LM35.pdf производителя LM35 - компании National Semiconductor.

• Общая информация.
• Особенности датчиков LM35.
• Типовые схемы включения.
• Назначение выводов.
• Предельно-допустимые параметры LM35.
• Электрические характеристики LM35.
• Эксплуатационные характеристики.
• Рекомендации по применению.
• Тепловое сопротивление для различных корпусов LM35.
• Типичные области применения.
• Структурная схема LM35.
• Физические размеры.

Общая информация.

Серия LM35 это прецизионные интегральные датчики температуры, у которых выходное напряжение пропорционально температуре по шкале Цельсия. Это одно из преимуществ над датчиками с выходным напряжением по шкале Кельвина. Не требуется вычитать высокостабильное напряжение из выходного напряжения для перевода в шкалу по Цельсию.

LM35 обеспечивает измерение температуры с точностью  ±0.25 °C в комнатных условиях и с точностью ±0.75 °C в полном диапазоне рабочих температур -55 … +150 °C, без внешней калибровки или подгонки выходного напряжения.

Низкая цена датчика объясняется подгонкой и калибровкой датчиков на этапе изготовления.

Низкое выходное сопротивление, линейное значение выходного напряжения и прецизионная калибровка делают датчик LM35 крайне удобным для подключения к измерительным цепям.

Датчик может использоваться как с однополярным напряжением питания, так и с двух полярным.

В связи с тем, что датчик потребляет ток только 60 мкА, у него очень низкий уровень собственного разогрева, менее 0.1 °C при неподвижном воздухе.

Датчик LM35 допускает работу в диапазоне температур -55 … +150 °C, LM35C работает в диапазоне -40 … +110 °C (от -10 °C с улучшенной точностью).

LM35 выпускается в корпусе TO-46, датчики LM35C, LM35CA и LM35D – в корпусе TO-92. Для LM35D возможны также исполнения в корпусах SO-8 и TO-220.

Особенности датчиков LM35.

• Значение температуры калибровано в шкале Цельсия.
• Линейное значение напряжения на  выходе с коэффициентом 10 мВ/ °C.
• Гарантирована точность 0.5 °C (при 25 °C).
• Параметры нормированы для полного диапазона температур -55 … +150 °C.
• Удобны для использования в устройствах с удаленным подключением датчиков.
• Низкая цена.
• Работает в широком диапазоне напряжения питания 4 – 30 В.
• Потребляемый ток менее 60 мкА.
• Низкий уровень собственного разогрева – 0.08 °C при неподвижном воздухе.
• Нелинейность только ±0.25 °C.
• Низкое выходное сопротивление – 0.1 Ом, при токе нагрузки 1 мА.

 

Типовые схемы включения.

Базовая схема включения LM35 в качестве датчика температуры с диапазоном измерения +2 … +150 °C.

Схема включения LM35 в качестве датчика температуры с полным диапазоном измерения -55 … +150 °C.

Резистор R1 = -Vs / 50 мкА

Vout	Температура
+ 1500 мВ	+ 150 °C
+ 250 мВ	+ 25 °C
- 550 мВ	- 55 °C

Об использовании термодатчиков LM35 с контроллерами Ардуино можно почитать по этой ссылке.

Назначение выводов.

Корпус	Датчики	Назначение выводов
TO-46	LM35H, LM35AH, LM35CH, LM35CAH, LM35DH
TO-92	LM35CZ, LM35CAZ, LM35DZ
SO-8	LM35DM
TO-220	LM35DT

 

Предельно-допустимые параметры датчиков LM35.

Напряжение питания	+35 ... -0,2 В
Выходное напряжение	+6 ... -1,0 В
Выходной ток	10 мА
Температура хранения:
корпус TO-46	-60 ... +180 °C
корпус TO-92	-60 ... +150 °C
корпус SO-8	-65 ... +150 °C
корпус TO-220	-65 ... +150 °C
Температура пайки (10 сек):
корпус TO-46	300 °C
корпус TO-92	260 °C
корпус SO-8	215 °C
корпус TO-220	260 °C
Стойкость к статическому электричеству	2500 В
Диапазон рабочих температур:
LM35, LM35A	-55 ... +150 °C
LM35C, LM35CA	-40 ... +110 °C
LM35D	0 ... +100 °C

 

Электрические характеристики LM35.

Параметр	Условия	LM35A			LM35CA			Ед. изм.
		Типовые	Пред. тест. (4)	Пред. (5)	Типовые	Пред. тест. (4)	Пред. (5)
Точность, LM35, LM35C (7)	Ta=+25°C Ta=-10°C Ta=Tmax Ta=Tmin	±0,2 ±0,3 ±0,4 ±0,4	±0,5 - ±1,0 ±1,0		±0,2 ±0,3 ±0,4 ±0,4	±0,5 - ±1,0 -	- ±1,0 - ±2,0	°C
Нелинейность (8)	Tmin≤Ta≤Tmax	±0,18		±0,35	±0,15		±0,3	°C
Коэффициент усиления (в середине)	Tmin≤Ta≤Tmax	+10,0	+9,9 +10,1		+10,0		+9,9 +10,1	мВ/°C
Нагрузочная характеристика (3) 0≤IL≤ 1 мА	Ta=+25°C Tmin≤Ta≤Tmax	±0,4 ±0,5	±1,0 -	- ±3,0	±0,4 ±0,5	±1,0 -	- ±3,0	мВ/мА
Линейность характеристики (3)	Ta=+25°C 4 В ≤ Vs ≤ 30 В	±0,01 ±0,02	±0,05 -	- ±0,1	±0,01 ±0,02	±0,05 -	- ±0,1	мВ/В
Ток покоя (9)	Vs=+5В, +25°C Vs=+5В Vs=+30В, +25°C Vs=+30В	56 105 56,2 105,5	67 - 68 -	- 131 - 133	56 91 56,2 91,5	67 - 68 -	- 114 - 116	мкА
Нестабильность тока покоя (3)	4 В ≤ Vs ≤ 30 В, +25°C 4 В ≤ Vs ≤ 30 В	0,2 0,5	1,0 -	- 2,0	0,2 0,5	1,0 -	- 2,0	мкА
Температурный коэффициент тока покоя		+0,39		+0,5	+0,39		+0,5	мкА/°C
Минимальная температура с сохранением точности	однополярное питание	+1,5		+2,0	+1,5		+2,0	°C
Долговременная стабильность	Tj=Tmax, для 1000 ч	+0,08			+0,08			°C

Параметр	Условия	LM35			LM35C, LM35D			Ед. изм.
		Типовые	Пред. тест. (4)	Пред. (5)	Типовые	Пред. тест. (4)	Пред. (5)
Точность, LM35, LM35C (7)	Ta=+25°C Ta=-10°C Ta=Tmax Ta=Tmin	±0,4 ±0,5 ±0,8 ±0,8	±1,0 - ±1,5 -	- - - ± 1,5	±0,4 ±0,5 ±0,8 ±0,8	±1,0 - - -	- ±1,5 ±1,5 ±2,0	°C
Точность, LM35D (7)	Ta=+25°C Ta=Tmax Ta=Tmin				±0,6 ±0,9 ±0,9	±1,5 - -	- ±2,0 ±2,0	°C
Нелинейность (8)	Tmin≤Ta≤Tmax	±0,3		±0,5	±0,2		±0,5	°C
Коэффициент усиления (в середине)	Tmin≤Ta≤Tmax	+10,0	+9,8 +10,2		+10,0		+9,8 +10,2	мВ/°C
Нагрузочная характеристика (3) 0≤IL≤ 1 мА	Ta=+25°C Tmin≤Ta≤Tmax	±0,4 ±0,5	±2,0 -	- ±5,0	±0,4 ±0,5	±2,0 -	- ±5,0	мВ/мА
Линейность характеристики (3)	Ta=+25°C 4 В ≤ Vs ≤ 30 В	±0,01 ±0,02	±0,1 -	- ±0,2	±0,01 ±0,02	±0,1 -	- ±0,2	мВ/В
Ток покоя (9)	Vs=+5В, +25°C Vs=+5В Vs=+30В, +25°C Vs=+30В	56 105 56,2 105,5	80 - 82 -	- 158 - 161	56 91 56,2 91,5	80 - 82 -	- 138 - 141	мкА
Нестабильность тока покоя (3)	4 В ≤ Vs ≤ 30 В, +25°C 4 В ≤ Vs ≤ 30 В	0,2 0,5	2,0 -	- 3,0	0,2 0,5	2,0 -	- 3,0	мкА
Температурный коэффициент тока покоя		+0,39		+0,7	+0,39		+0,7	мкА/°C
Минимальная температура с сохранением точности	однополярное питание	+1,5		+2,0	+1,5		+2,0	°C
Долговременная стабильность	Tj=Tmax, для 1000 ч	+0,08			+0,08			°C
1. Если не указано иное, то эти спецификации относятся к условиям: -55°C ≤ Tj ≤+150°C для LM35 и LM35A; -40°C ≤ Tj ≤+110°C для LM35C и LM35CA; -0 ≤ Tj ≤+100°C для LM35D. Vs = +5 В, Iload= 50 мкА. 2. Для корпуса TO-46 тепловое сопротивление кристалл-воздух 400 °C/Вт, кристалл-корпус 24 °C/Вт. Для корпуса TO-92 тепловое сопротивление кристалл-воздух 180 °C/Вт. Для корпуса SO-8 тепловое сопротивление кристалл-воздух 220 °C/Вт. Для TO-220 тепловое сопротивление кристалл-воздух 90 °C/Вт. 3. Измеряется при неизменной температуре кристалла, с помощью импульсных воздействий малой скважности. 4. Предельные значения гарантированы и испытаны на 100% продукции. 5. Предельные значения гарантированы (испытаны не 100%) свыше указанной температуры и напряжения питания. Не могут быть применены для расчетов надежности. 6. Спецификации жирным шрифтом для полного диапазона температуры. 7. Погрешность определяется как ошибка между выходным напряжением и температурами корпуса с кратностью 10 мВ/°C, при заданных условиях тока, напряжения и температуры. 8. Нелинейность определяется как отклонение выходного напряжения от оптимальной характеристики. 9. Ток покоя определен в однополярном режиме. 10. Предельно-допустимые параметры указывают предельные значения, свыше которых устройство может выйти из строя. Спецификации электрических параметров не верны для предельно допустимых параметров. 11. Модель человеческого тела, 100 пкФ разряжается через резистор 1,5 кОм. 12. Смотри документацию AN-540 "Методы поверхностного монтажа и их влияние на надежность".

 

Эксплуатационные характеристики.

 

 

 

 

 

 

Рекомендации по применению.

Использовать датчики LM35 намного проще, чем другие датчики температуры.

Корпуса датчиков должны быть приклеены или прижаты к контролируемой поверхности. Тогда температура датчиков будет в пределах 0.01 °C от температуры поверхности.

Предполагается, что температура окружающего воздуха равна температуре поверхности. В противном случае фактическая температура датчика LM35 будет средней между температурами поверхности и воздуха. Особенно, это имеет значение для пластиковых корпусов TO-92, в которых медные выводы отводят значительное количество тепла. В этом случае реальная температура датчика может быть даже ближе к температуре окружающего воздуха, а не к температуре поверхности.

Чтобы минимизировать эту проблему, старайтесь проводить выводы подключения датчиков так, чтобы их температура была равна температуре поверхности, на которой установлен датчик. Один из способов – покрыть участок поверхности с выводами LM35 компаундом. Это выровняет температуру выводов датчика и поверхности, и уменьшит влияние окружающего воздуха.

Датчик в корпусе TO-46 может быть припаян к металлической поверхности или трубке. Повреждения корпуса не допустимы. В этом случае общий вывод датчика будет соединен с металлом.

Как вариант, LM35 может быть установлен на краю герметичной трубки и погружен в ванну или вкручен в отверстие с резьбой в баке.

Как в случае применения  любой другой интегральной схемы, датчик LM35 и провода к нему должны быть хорошо изолированы, без доступа влаги, во избежание утечки и коррозии.  Это особенно важно, если схема работает при низких температурах, вызывающих конденсацию влаги. В этом случае необходимо применять изолирующие лаки и покрытия.

Тепловое сопротивление LM35.

	TO-46 без радиатора	TO-46 малая площадь	TO-92 без радиатора	TO-92 малая площадь	SO-8 без радиатора	SO-8 малая площадь	TO-220 без радиатора
Не подвижный воздух	400 °C/Вт	100 °C/Вт	180 °C/Вт	140 °C/Вт	220 °C/Вт	110 °C/Вт	90 °C/Вт
Обдув	100 °C/Вт	40 °C/Вт	90 °C/Вт	70 °C/Вт	105 °C/Вт	90 °C/Вт	26 °C/Вт
Не движущееся масло	100 °C/Вт	40 °C/Вт	90 °C/Вт	70 °C/Вт
Перемешиваемое масло	50 °C/Вт	30 °C/Вт	45 °C/Вт	40 °C/Вт

 

Типичные области применения.

Емкостная нагрузка датчика.

Как и большинство микромощных схем, у LM35 существуют ограничения по  емкости нагрузки. Без специальных мер, к выходу LM35 можно подключать нагрузку емкостью не более 50 пкФ. При большей емкости, необходимо развязать емкость резистором (рис. 3). Можно уменьшить влияние емкости демпфирующей R-C цепочкой относительно земли (рис. 4).

В случае применения LM35 с нагрузочным резистором 200 Ом (рис. 5, рис. 6, рис. 8), емкость проводов связи не оказывает влияния, т.к. емкость подключена между землей и входом датчика, а не выходом.

 

Однако, при подключении датчика проводами на значительное расстояние, его точностные параметры могут значительно ухудшиться от интенсивных электромагнитных помех, источниками которых могут быть реле, радио передатчики, искрение щеток двигателей, переключение тиристоров и т.п. Провода связи могут выступать в качестве приемной антенны, а внутренние переходы микросхемы – как выпрямители. В таком случае рекомендуется шунтировать конденсатором вывод питания Vin относительно земли и подключать демпфирующую R-C цепочку ( R = 75 Ом, C= 0,2 … 1 мкФ) между выходом датчика и землей. Цепочки показаны на рис. 13, рис. 14, рис. 16.

Рис. 3. LM35 с развязкой по емкостной нагрузке.

Рис. 4. LM35 с R-C демпфирующей цепочкой.

Рис. 5. Двух проводной удаленный датчик температуры.

Рис. 6. Двух проводной удаленный датчик температуры.

Рис. 7. Температурный датчик с одним питанием, -55 … +150 °C.

Рис. 8. Двух проводной удаленный датчик температуры.

Рис. 9. Измеритель температуры, имеющий токовый выход 4-20 мА.

Рис. 10. Термометр со шкалой по Фаренгейту.

Рис. 11. Термометр со шкалой по Цельсию.

Рис. 12. Термометр с расширенной шкалой по Фаренгейту.

Рис. 13. Измеритель температуры с цифровым последовательным выходом.

Рис. 14. Измеритель температуры с цифровым параллельным интерфейсом.

Рис. 15. Термометр с дисплеем-полоской.

Рис. 16. Измеритель температуры на LM35 с преобразователем напряжение-частота и гальванически развязанным выходом.

Структурная схема LM35.

 

Физические размеры.