Berührungslose Temperaturmessung einfach und kostengünstig

Die Temperatur ist die meistgemessene physikalische Größe. Temperaturen berührungslos zu messen, gestaltete sich in der Vergangenheit jedoch aufwendig und teuer wegen der dazu nötigen komplexen Signalaufbereitungs und Kalibrieraufgaben. Um diesem Problem abzuhelfen, stellt Melexis die Infrarotthermometer-Familie MLX90614 vor. Das ebenso kleine wie effektive, berührungslos arbeitende Thermometer gibt in digitaler Form eine vollständig kalibrierte Information über die Temperatur eines entfernten Objekts aus. Erreicht wird dies durch die Integration eines Infrarotsensors und eines Signalaufbereitungs-Chips in einem TO-Metallgehäuse. Die eingebaute Intelligenz, die hohe Genauigkeit und der weite Temperaturbereich des MLX90614 ermöglichen es dem OEM, Klimaanlagen, Raumheizgeräte, Hausgeräte, Handheld-Produkte und medizinische Systeme ohne großen Aufwand mit einer berührungslos arbeitenden Temperaturmessfunktion auszustatten.

Als Sensorelement kommt im MLX90614 ein für Automotive-Applikationen konzipierter Siliziumchip zum Einsatz, dessen im Mikrobearbeitungs-Verfahren hergestellte dünne Membran wird durch die Infrarotstrahlung entfernter Objekte erwärmt. Die Temperaturzunahme wird mit Hilfe integrierter Thermoelemente erfasst. Ein speziell entwickelter Signalaufbereitungs-Chip verstärkt und digitalisiert die äußerst kleinen Spannungen der Thermoelemente und berechnet mit Hilfe werksseitig festgelegter Kalibrierparameter, die im EEPROM des Chips abgelegt sind, die Temperatur des Objektes. Die digital ausgegebene Temperatur ist vollständig linearisiert und entsprechend der Umgebungstemperatur kompensiert. Der Sensor überträgt das Messergebnis entweder per SMBus oder als kontinuierliches PWM-Signal an die Applikation des Anwenders. Für das gesamte Thermometersystem wird ein TO-Metallgehäuse verwendet. Für den OEM-Hersteller haben diese Eigenschaften den Vorteil, dass sich der Sensor einfach und ohne teure externe Bauelemente auf die Leiterplatte der jeweiligen Applikation integrieren lässt. Das vollkommen eigenständige System erspart dem Designer den nicht unproblematischen Umgang mit sehr kleinen Spannungen, den Umwelteinflüssen und den EMV-Aspekten, die die Infrarot-Temperaturmessung sonst sehr schwierig und umständlich gestalten können. Aufgrund des hohen Integrationsgrads ist der MLX90614 verglichen mit anderen zur Zeit auf dem Markt angebotenen Infrarotlösungen äußerst kosteneffektiv.

Im Signalaufbereitungs-Chip des MLX90614 kommen hoch entwickelte, rauscharme Verstärker, ein 17-Bit-A/D-Wandler und ein leistungsfähiger DSP zum Einsatz. Dies erlaubt einen großen Betriebstemperaturbereich von 40 bis +125 °C und einen erweiterten Objekttemperaturbereich von 70 bis +380 °C unter Wahrung einer Temperaturauflösung von 0,01 °C. Die Standardversion des MLX90614 erreicht innerhalb eines Objekttemperaturbereichs von 0 bis +50 °C die hohe absolute Genauigkeit von ±0,5 °C, außerhalb dieses Bereichs sind es ±1 °C. Mit dieser Qualität eignet sich der Sensor direkt für ein weites Anwendungsspektrum. Auf Anfrage wird zusätzlich eine Version mit der für medizinische Anwendungen nötigen, erhöhten Genauigkeit angeboten.

Es gibt den MLX90614 in zwei Versionen, für 3 Volt oder 5 Volt Betriebsspannung. Mit ihrer weniger als 1 mA betragenden Stromaufnahme zielt die 3-V-Variante auf batteriebetriebene Handheld-Geräte. Zu diesem Zweck verfügt der Sensor zudem über eine Strom sparende Sleep-Betriebsart, in der die Stromaufnahme auf 2 µA abgesenkt werden kann. Zur Versorgung direkt aus dem 12-V-Bordnetz eines Autos ist die 5-V-Ausführung mit Schaltungen ausgestattet, die mit wenigen externen Bauelementen den Betrieb mit höheren Versorgungsspannungen zulässt.

Victor Kassovski, Infrared Business Unit Manager bei Melexis, kommentiert: „Im MLX90614 konzentriert sich die jahrzehntelange Erfahrung von Melexis in der Herstellung berührungsloser Thermometer. Wir bieten dem OEM mit diesem Produkt eine einfach anzuwendende, kosteneffektive Lösung für einen großen Anwendungsbereich.“

Der MLX90614 ist gemäß AECQ100 qualifiziert und RoHS-konform. Gemäß JEDEC 020C ist der Baustein mit Temperaturen bis 260°C lötbar.