超低温（-85°Cまで）冷凍庫モニター用センサー

「ウルトラコールド」-80°Cの冷凍庫がいっぱいの部屋用に、Arduinoで制御される一連の温度レポートユニットを構築する予定です。（最終的には、信号を既存のシステムとのインターフェイスとなるシリアルストリームに変換したいです。）

これまでのところ、定格が-55Cのみの1線式およびその他のセンサーのみが見つかりました。私のアプリケーションでは、ほとんどの時間を-80C前後で費やします。私はそれらの温度で約0.5から1度の精度が必要です。

誰もがarduino互換で信頼性があり、ワイヤの端に配置できる（小さなポートを介して冷凍庫に渡すことができる）低温センサーのソースを知っていますか？

以下の小さな更新。

$V_f$$V_f$$V_f$

次の方法で精度を改善できます。

• 安定した定電流供給を使用して
• 別々のペアのワイヤを使用して電流を供給し、電圧を測定する
• シールド付きツイストペアケーブルを使用
• ADCに供給する前に、適切なスケールとオフセットを測定電圧に適用する

タイプTの熱電対は、約-200°Cまで機能します。寿命を少し楽にするために、熱電対は、冷接点補償を提供し、電圧出力を増幅するAD595または同様のチップとインターフェースできます。ただし、これらのデバイスは主にタイプK用に作られているため、タイプTの熱電対には注意が必要です。データシートには、タイプTで使用するための特別な考慮事項が記載されています。AD595の出力は、 arduinoと適切にスケーリング。

私は、私が働いている液体ヘリウム温度（4K-20K）を測定するために、多くの平凡なSR106ショットキーダイオードを使用しています。彼らは素晴らしく、安いです。

定電流源が必要であり（主に加熱とボイルオフを減らすために10または100 uAを使用します）、実際には4線接続を使用する必要がありますが、電子機器に本当に必要なのはダイオードとオペアンプだけです電流源、電圧を読み取るための計装アンプ、およびいくつかの受動部品。

トリッキーなビットはキャリブレーションですが、それらの温度で動作する温度計があれば、それを転送標準として使用できます。

@ The166 、テスト中のデバイスに簡単に熱ストラップすることができます。
市販のクライオダイオードセンサーの主な利点は、キャリブレーションされていることですが、キャリブレーション済みのクライオダイオードがある場合は、それを転送標準として使用するだけで、他のすべての自家製センサーを非常に簡単にキャリブレーションでき、その時点ですべてが機能します同じ。

この回路は、極低温システムでダイオードを駆動するための高精度電流源です。

基本的に、-10Vの高精度リファレンスがあります（表示されていません。リファレンスは負であることに注意してください）。VR1で分割され、U1Bを介してバッファリングされます。

これで、出力が負の入力に（ダイオードを介して）接続し直されるため、U1Aは入力の電圧が等しくなるように努めます。
これは、U1のピン2の電圧が0Vに非常に近い状態で維持されることを意味します。ただし、電流はオペアンプ入力に出入りできず（インピーダンスが高い）、C1には電流が流れないため、基本的に電流がオペアンプの負の加算ノードに流れる唯一の経路ですU1Aはダイオードを介しています。

したがって、R6を流れる電流は、ダイオードを流れる電流に等しくなります**。ピンの電圧（機能的には0V）がわかっているので、TPCの電圧とR6の抵抗がわかっているため、ダイオード電流を簡単に計算できます。

C1はループ帯域幅を減らして、回路を安定に保ちます。多くの帯域幅が必要な場合は、回路が発振するまで値を実験的に減らすことができますが、熱アプリケーションでは起こりそうにないようです。

R10は、出力リードが短絡するなど、何かバカげたことが起こった場合にオペアンプを保護するためにあります。

負の電圧リファレンスのドリフトはバイアス電流のドリフトを直接引き起こし、誤った測定を引き起こすため、かなり適切な負の電圧リファレンスが必要であることに注意してください。

また、R6には十分に低い温度係数の抵抗を使用する必要があります（少なくとも金属膜）。

実際のアプリケーションでは、D1の代わりに精密な電流計を取り付け、必要な電流を得るためにポットを調整し、数学から計算するのではなく、どちらのアプローチでも機能します。

まともな、低オフセット、低バイアス電流のオペアンプも使用する必要があります。アナログデバイスは多くの素晴らしい部品を作ります。

*技術的には、非常に小さな電流がすべての実世界のオペアンプの入力に出入りします。最新の低バイアス電流オペアンプを使用している場合、ここでは無視できるほど小さいためです。

**オペアンプの入力バイアス電流に関する上記の注意を参照してください。

非常に低いまたは非常に高い温度を測定する従来の方法は、熱電対を使用することです。これらは、熱電対インターフェースが配置されている場所から妥当な距離を離れてリモートで実行できます。

ワイヤの電圧をArduinoが対応できる形式に変換するために必要な調整回路を用意する必要があります。このアプローチを試すことができる1つの方法は、Adafruitの熱電対ブレイクアウトボードを使用することです。この小さなボードは、ボード上の制御チップへのSPI接続を介してArduioに接続できます。これらのボードの多くをサポートするには、いくつかの外部シフトレジスタを使用してSPIで通信するボードを選択し、より大きな数の選択をサポートできます。

温度センサーダイオードや低コストのNPNトランジスタのVbeジャンクションの使用が魅力的である場合は、On SemiconductorのADT7476などのチップを検討することを検討してください。このデバイスは、2つのリモートダイオードセンサーの接続を可能にし、温度値を内部レジスタのデジタル値に変換します。データシートからのレジスタ読み取り範囲は、ICパッケージがそれほど寒くないという条件で、興味のある範囲にまで下がってもよいようです。

この部分は、バス側に便利なI2Cインターフェイスを提供します。

これらの部品はかなり手頃な価格であり、Mouser Electronicsから購入できます。

このアプローチを試してみることにした場合は、リモートダイオードを冷凍庫に入れ、GND接続のフォイルシールドケーブルを介して2線ツイストペアで接続することをお勧めします。ケーブルは、必要なADT7476の数とArduinoを接続するための接続を含む、構築する必要のある暖かい部屋の電子機器に接続します。

更新：このKタイプの熱電対で実行されていますが、最適な範囲ではありません。Jタイプを試しましたが、これはそれらの温度でよりよく機能するはずですが、アンプボードに適切なキャリブレーションを与えることができませんでした。まだ後回しのプロジェクトです。また、@ Markが推奨するように、ペアのTタイプを見つけることもできます。

私は、熱電対をSugruでポッティングし、冷蔵庫内に固定するための磁石を埋め込みました。これは非常にうまく機能し、センサーにいくらかの熱慣性を与えました。

私たちのテストでは、長期間にわたって編組熱電対が湿気による損傷を受け、スリーブがすり減ってしまいました。また、ドアシールを通過するために漏れと結露が生じるように思われたため、パススルーポートを見つける必要があります。