Il existe de nombreux appareils sur le marché permettant de lire et de surveiller la température. Des simples thermomètres aux mesures optiques du corps noir, nombreux sont les concepteurs astucieux ayant inventé des techniques allant des plus simples aux plus intuitives et des plus complexes aux plus obscures.
Comme on peut l’imaginer, le coût lié à la mise en œuvre d’un capteur de température ou à la limitation d’un circuit de détection peut être proportionnel au niveau de précision requis. Par exemple, une machine de précision mélangeant des produits chimiques peut avoir besoin de chauffer une solution à une température précise avant son mélange dans un réactif. Un équipement médical peut également avoir besoin d’être porté à une certaine température avant l’analyse d’un échantillon de sang.
Toutefois, toutes les conceptions ne nécessitent pas des mesures de température exactes. Dans de nombreux cas, une simple valeur approximative suffit. Prenez par exemple un ancien thermostat. Les réglages manuels et mécaniques indiquaient à quelle température approximative une pièce était réglée par le biais d’une jauge à aiguille. Il était exagéré et trop onéreux d’utiliser un système de captage de température compensé et étalonné à cinq chiffres.
Heureusement, une technique simple et courante utilisant des diodes standard à faible coût peut être utilisée pour fabriquer un détecteur de température relativement précis. Cela repose sur la caractéristique d’une jonction de semiconducteur polarisé en sens inverse. L’inversion de courant est directement proportionnelle à la température du silicone. Par conséquent, une fois polarisée en sens inverse, n’importe quelle diode bon marché peut générer une tension inverse proportionnelle à sa température.
Les caractéristiques exactes du circuit dépendent de la diode choisie, mais globalement, la relation de −x uV/˚C est la réponse habituelle d’une jonction en silicone polarisée en sens inverse sur la température.
L’utilisation de ces informations dépend de vos besoins. Par exemple, un commutateur de limite thermique peut utiliser un circuit en polarisation inverse à diode et résistance pour alimenter un comparateur (Figure 1). Cela modifie l’état à un seuil prédéterminé permettant le contrôle d’un appareil de chauffage, par exemple, pour maintenir une plage de températures (notez qu’une hystérésis s’applique ici pour éviter les oscillations de vibration autour du point de déclenchement).
Figure 1 : Une jonction de diode polarisée en sens inverse agit comme une source de courant (I). Ce courant est proportionnel à la température et à la tension. Le courant qui en résulte génère une tension à travers une résistance de captage qui peut être utilisée pour créer ce commutateur de limite ou de seuil simple.
Un circuit plus sophistiqué à ampli op peut fournir un point d’étalonnage de niveau inférieur ou supérieur lorsqu’il est associé à une résistance variable ou à des gradateurs numériques (Figure 2). Bien que la réponse de courant inverse soit plutôt linéaire, il peut y avoir des variations. Par conséquent, vous pouvez vous reporter à un tableau de référence si vous utilisez un microcontrôleur intégré et avez besoin de trouver un seuil exact.
Figure 2 : Des potentiomètres analogiques ou des gradateurs numériques peuvent être utilisés pour effectuer un circuit d’étalonnage rudimentaire qui définit les plages inférieures et supérieures de la mesure.
Il existe également des solutions de semiconducteurs et des kits d’évaluation intégrés permettant aux concepteurs de choisir une diode pour un site distant. Cela peut s’avérer pratique étant donné que de nombreux paquets de diodes métalliques peuvent être montés thermiquement sur des machines métalliques nécessitant une surveillance.
Un exemple de kit Texas Instruments est le système de développement et d’évaluation LM95235EVAL pouvant utiliser des diodes ou des transistors comme capteurs de température. Les transistors peuvent utiliser la diode de jonction de l’émetteur collecteur comme élément de captage (Figure 3), et nombre d’entre eux utilisent des petits éléments métalliques pouvant constituer un bon support thermique sur une unité en cours de test.
Figure 3 : Si l’on se base sur les caractéristiques thermiques des diodes et des transistors, les circuits imprimés semblables au LM95235 de Texas Instruments tirent parti du comportement de polarisation en sens inverse d’une jonction P-N pour fournir une précision à 11 bits pour les mesures de température distantes. (Source : Texas Instruments)
Bien qu’il ne soit pas aussi robuste et précis qu’une solution monolithique étalonnée et compensée, le kit de développement TI montre comment obtenir une précision de 11 bits à l’aide de diodes et de transistors comme capteurs de température. Cela peut vous fournir la précision dont vous avez besoin tout en maintenant des coûts peu élevés.