超低（至-85°C）冷冻室监控器的传感器

我打算为充满“ Ultracold” -80°C冰柜的房间建造一系列Arduino控制的温度报告单元。（我最终希望将信号转换为将与现有系统接口的串行流。）

到目前为止，我只发现了额定温度为-55C 的单线和其他传感器。在我的应用程序中，他们将大部分时间都花在-80C左右。在这些温度下，我只需要约0.5到1度的精度。

有谁知道低温传感器的信号源与arduino兼容，可靠，并且能够放置在电线的末端（通过一个小端口进入冷冻室）？

下面的小更新。

恒定电流小的二极管的正向电压（）通常用于测量低温（低温）。硅二极管的在宽范围内几乎是温度的线性函数，斜率约为-2 mV / K。甚至还有专门针对特定与T曲线标准化的专用二极管。如果您愿意自己进行两点或三点校准，则可以使用普通的信号二极管。如果进行校准，即使是1N4148也可以准确测量液氮温度。$V_f$V $V_f$$V_f$

您可以通过以下方法提高准确性：

• 使用稳定的恒流电源
• 使用单独的电线对提供电流并测量电压
• 使用屏蔽双绞线电缆
• 在将其馈送到ADC之前，对测量的电压施加适当的比例和偏移

T型热电偶在〜-200C的低温下也能正常工作。为了使生活更轻松一些，可以将热电偶与AD595或类似的芯片接口，以提供冷端补偿并放大电压输出。但是，必须小心使用T型热电偶，因为这些设备主要是为K型制造的。数据手册列出了与T型配合使用的一些特殊注意事项。AD595的输出可以与您的AD一起读取。 arduino并适当缩放。

我们使用许多普通的SR106肖特基二极管来测量我工作的液氦温度（4K-20K）。他们很棒，便宜得要命。

您需要一个恒定电流源（我们使用10或100 uA，主要是为了减少发热和沸腾），您确实应该使用4线制连接，但电子设备真正需要的只是二极管和运算放大器对于电流源，它是一个仪表放大器，用于读出电压，以及少数无源器件。

棘手的是校准，但是假设您有一个在该温度下工作的温度计，则可以将其用作传输标准。

实际上，我们有一些特殊的，昂贵的低温专用二极管，例如@Theran的答案中提到的@ user16653，它们与廉价的自制传感器并没有什么区别，后者只是SR106封装在一个小铜块中，以使其易于热绑在被测设备上。
商用低温二极管传感器的主要优点是它们已经过校准，但是如果您已经对它进行了校准，则可以将其用作传输标准来轻松地校准所有其他自制传感器，到那时，它们都可以工作了。相同。

该电路是用于驱动低温系统中的二极管的精密电流源。

基本上，右侧有一个-10V精密基准电压源（未显示。请注意，该基准电压源为负）。它在VR1中被划分，并通过U1B进行缓冲。

现在，U1A将努力保持其输入端的电压相等，因为我们已将输出端连接回负输入端（通过二极管）。
这意味着U1引脚2上的电压将保持非常非常接近0V。但是，没有*电流可以流入或流出运算放大器输入（它们为高阻抗），并且没有电流可以流经C1，因此，基本上，电流流入运算放大器的负求和节点的唯一路径U1A通过二极管。

因此，流经R6的电流等于**流经二极管的电流。由于我们知道引脚上的电压（功能上为0V），因此我们可以轻松地计算二极管电流，因为我们知道TPC上的电压以及R6的电阻。

C1减小了环路带宽，以保持电路稳定。如果需要大量的带宽，您可以通过实验减小它的值，直到电路振荡为止，但这似乎不太适合热应用。

R10仅在发生愚蠢事件（例如输出引线短路）时保护运放。

请注意，您需要一个相当不错的负电压基准，因为负电压基准的漂移将直接导致偏置电流的漂移，从而导致测量错误。

对于R6，您还应使用较低的温度系数电阻（最小的金属膜）。

在实际应用中，我只是在D1上贴了一个精密电流表，并调整了电位计以获得所需的电流，而不是从数学上计算出来，但是任何一种方法都行得通。

您还应该使用一个体面的，低失调和低偏置电流的运算放大器。模拟设备制造了许多精美的零件。

*从技术上讲，极小的电流流入或流出所有实际运算放大器的输入。如果您使用的是现代的低偏置电流运算放大器，它的体积足够小，我们在这里将其忽略。

**参见以上有关运算放大器输入偏置电流的说明。

测量极低或极高温度的常规方法是使用热电偶。它们可以在距热电偶接口所处位置合理距离的范围内运行。

您将必须提供将电线上的电压转换为Arduino可以容纳的格式所需的调节电路。您可以尝试使用此方法的一种方法是使用Adafruit的热电偶分支板。该小板可以通过与板载控制芯片的SPI连接连接到Arduio。为了支持许多这样的板，您可以使用一些外部移位寄存器选择要在SPI上与之通信的板，以支持选择更大数量的板。

如果使用温度传感二极管或低成本NPN晶体管的Vbe结对您有吸引力，您可能要考虑的一种选择是看一看诸如On Semiconductor的ADT7476之类的芯片。该设备允许连接两个远程二极管传感器，并将温度值转换为内部寄存器中的数字值。数据表中的寄存器读取范围似乎是，如果IC封装不是那么冷的话，是否可以扩展到您感兴趣的范围内。

该部分在总线端提供了方便的I2C接口。

这些零件的价格相当合理，可以从Mouser Electronics购买。

如果您决定尝试这种方法，我建议您将远程二极管放在冰箱中，并通过GND连接的铝箔屏蔽电缆与2线双绞线连接。电缆将重新连接到您必须构建的暖室电子设备上，其中包括您需要的ADT7476数量以及连接Arduino的连接。

更新：尽管不是最佳范围，但我们一直在使用这种K型热电偶。我们尝试了一种J型，该J型应该可以在这些温度下更好地工作，但无法让放大器板进行适当的校准。仍然是一个后备项目。我们可能还想找到@Mark建议的配对T型。

我尝试用Sugru灌装热电偶，并嵌入一块磁铁将其固定在冰箱中。这工作得很好，并为传感器提供了一些热惯性。

在我们的测试中，长期来看，编织的热电偶受到湿气的损害，并且套管磨损了。而且似乎确实会产生一些泄漏和凝结，使其通过门密封条，因此我们将不得不找到一个直通端口。