Емельянов Эдуард Владимирович (eddy_em) wrote,
Емельянов Эдуард Владимирович
eddy_em

Category:

Рабочий диапазон температур датчиков Холла и "нуль-пункт" термометров

В документации на датчики Холла (A1101), которые я буду использовать для определения текущей позиции турелей в спектрометре, сказано, что гарантированно они работают при температурах выше -40°C. Мне стало интересно: а при какой же температуре реально эти датчики будут отключаться? А также я решил проверить, не сдохнут ли они совсем, если их совершенно заморозить в жидком азоте.
Ну, а чтобы уж зафиксировать это "для истории" (да и рук не хватало, чтобы сопротивление записывать), я снял видео:



Заодно, пока весь азот не выкипел, я решил проверить, насколько врут разные терморезисторы:





В комментариях к видео я вкратце написал, что было получено. Здесь же опишу подробней.
Итак, для того, чтобы преобразовать сопротивление TRD в температуру, я взял формулу из документации к термодатчикам (HEL-705). Конечно, нужно еще не забывать, что омметр тоже врет, но, судя по второму эксперименту, повторяемость у него вполне на высоте! Надеюсь, что мои 15-16 бит с 24-битного АЦП дадут результат значительно лучше (главное — чтобы повторяемость была не ниже гарантированной ошибки TRD, а лучше — выше)!
Чтобы ручками не считать, в октаве был набросан простой скрипт:
function Tout = H705(Rin)
% Converts resistance of TRD into T (degrC)

_alpha = 0.00375;
_beta = 0.16;
_delta = 1.605;
T = [-200:0.1:50];
_A = _alpha + _alpha*_delta/100.;
_B = -_alpha*_delta/1e4;
_C = zeros(size(T));
_C(find(T<0.)) = -_alpha*_beta/1e8;
rT = 1000.*(1 + _A*T + _B*T.^2 - _C.*T.^3*100. + _C.*T.^4);
%plot(T, rT);
Tout = interp1(rT, T, Rin, 'spline')
endfunction


Аналогичная функция выполняла обратную задачу:
function R = H705R(T)
% Converts temperature (degrC) into resistance of TRD

_alpha = 0.00375;
_beta = 0.16;
_delta = 1.605;
_A = _alpha + _alpha*_delta/100.;
_B = -_alpha*_delta/1e4;
_C = 0.;
if(T < 0.) _C = -_alpha*_beta/1e8; endif;
R = 1000.*(1 + _A*T + _B*T.^2 - _C.*T.^3*100. + _C.*T.^4);
endfunction


В результате у меня получилось следующее: примерно до -90°C датчик Холла работает вполне нормально, затем он изменяет свои свойства и полупроводник становится проводником: выходной мосфет "намертво" поджимается к земле. При еще более глубоком охлаждении свойства полупроводника опять меняются: в точке около -115°C он как будто бы становится диэлектриком (транзистор закрывается и светодиод горит). При дальнейшем охлаждении на -190°C датчик снова "превращается" в проводник: светодиод опять гаснет.

Да, схема подключения простая: на датчик Холла подается питание с USB (5В). В отсутствие магнитного поля его выход находится в состоянии Hi-Z. К выходу я подключил анод светодиода, а чтобы он светился, когда нет МП, я подключил к аноду +5В через восьмикилоомный резистор (благодаря этому и светодиод светил не слишком ярко — резистор на 500Ом создавал огромную зону засветки на видео). При наличии МП транзистор поджимает выход к земле и светодиод гаснет.



Пока в банке оставался азот, я решил еще и погрузить туда связку терморезисторов, чтобы замерить их сопротивление при одной и той же температуре. Правда, оставалось у меня азота уже немного, из-за чего не удалось погрузить "с головой" всю связку: несколько терморезисторов "выглядывали" наружу. Да и батареи авометра хватило ненадолго: на седьмом терморезисторе она сдохла. Пришлось брать другой (соответственно, показания тоже стали другими, но пока я возился, азот выкипел совершенно).
По крайней мере, сопротивление шести TRD удалось измерить.

Документированная точность этих терморезисторов — 0.2%, что на температуре кипения жидкого азота дает абсолютную погрешность в 0.15К. У меня же получилось, что средняя температура (с точностью до вранья авометра) кипящего азота на нашей высоте (километр с хвостиком) при данных погодных условиях составляет 76.5±0.13 К.

Я уже давно нашел статью George T. Armstrong ["Vapour Pressure of Nitrogen", J.Res.Nat'l.Bur.Stand. 53, 263 (1954)] (еще в прошлом году мы считали в НН, до какого давления нужно откачать пары азота в криостате, чтобы получить хотя бы 74К). В этой статье приводится простейшая формула для определения давления паров кипящего азота:
function Pmm = Nitrogen_P(T)
% calculates Nitrogen wapour pressure (mmHg) vs boiling temperature

Pmm = 10.^(6.49594 - 255.821 ./ (T - 6.600));

endfunction

Отсюда можно получить обратное — зависимость температуры от давления:
function T = Nitrogen_T(Pmm)
% calculates Nitrogen boiling point vs air pressure in mmHg

T = 6.600 + 255.821 ./ (6.49594 - log(Pmm)./log(10.));

endfunction


Кстати, зависимость температуры кипения жидкого азота от давления в криостате дает следующие результаты. Для давлений [300, 400, 500, 600, 700] мм.рт.ст. получаем температуры [70.3, 72.3, 74.0, 75.4, 76.7] К, т.е. откачивать пары, скорее всего, придется до давления чуть ли не в 30% от атмосферного!


По результатам измерений у меня получилось давление около 685мм.рт.ст. Какое оно в действительности — сказать пока не могу, единственный известный мне в поселке барометр — это часы над входом в школу. На горе же во время измерений было 592мм.рт.ст.
Tags: octave, видео, железяки, термодатчики
Subscribe

  • DHT22/DHT11 на STM32F103

    Добил шайтана! Сначала ожидал, что нужно будет полноценным захватом ШИМ пользоваться, но т.к. в протоколе неинформативная часть имеет постоянную…

  • Свеженькие железячки

    Получил сегодня с али ожидаемые железки, в т.ч. для восстановления моей файлопомойки. Во-первых, это блок питания на 16.8В, который я брал для…

  • BMP180 на STM32F103

    Добавил еще один сниппет — работа с BMP180 (датчик температуры и давления). Опять в даташите формула для вычисления "компенсированных" значений…

promo eddy_em август 17, 2019 12:33 3
Buy for 10 tokens
Юра намедни напечатал корпус для хронометра. Для первого блина получилось неплохо: И еще немного фотографий:
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

  • 0 comments