Датчик температуры LM35. Документация на русском языке. Характеристики, применение.

LM35

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.

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.

Типовая схема включения LM35

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

Типовая схема включения LM35

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
 Корпус TO-46
 TO-92 LM35CZ, LM35CAZ,
LM35DZ
                              Корпус TO-92 LM35
 SO-8  LM35DM       Корпус SO-8 LM35
 TO-220  LM35DT       Корпус TO-220 LM35

 

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.

Диаграмма 1Диаграмма 2Диаграмма 3

 

 

 

 

 

 

Диаграмма 4Диаграмма 5

Диаграмма 6

Диаграмма 7

Диаграмма 8

Диаграмма 9

Диаграмма 10

Диаграмма 11

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.

Рисунок 3

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

Рисунок 4

Рис. 5. Двух проводной удаленный датчик температуры.

Рисунок 5

Рис. 6. Двух проводной удаленный датчик температуры.

Рисунок 6

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

Рисунок 7

Рис. 8. Двух проводной удаленный датчик температуры.

Рисунок 8

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

Рисунок 9

Рис. 10. Термометр со шкалой по Фаренгейту.

Рисунок 10

Рис. 11. Термометр со шкалой по Цельсию.

Рисунок 11

Рис. 12. Термометр с расширенной шкалой по Фаренгейту.

Рисунок 12

Рис. 13. Измеритель температуры с цифровым последовательным выходом.

Рисунок 13

Рис. 14. Измеритель температуры с цифровым параллельным интерфейсом.

Рисунок 14

Рис. 15. Термометр с дисплеем-полоской.

Рисунок 15

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

Рисунок 16

Структурная схема LM35.

Структурная схема LM35

 

Физические размеры.

чертеж корпуса TO-46

Чертеж корпуса SO-8

Чертеж корпуса TO-220

Чертеж корпуса TO-92

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *