Deux

Lorsqu'ils ont besoin d'ajouter un contrôle de température à un projet, de nombreux pirates informatiques optent pour un thermocouple de type K pour leurs besoins à haute température, ou pour un circuit intégré de détection de température intégré lorsqu'il ne fait pas si chaud. Le thermocouple repose sur de très faibles courants et un gain extrêmement élevé, et vous avez pratiquement besoin d'un circuit intégré dédié pour le lire, ce qui peut être coûteux. Les circuits intégrés ne sont pas aussi chers, mais ils se limitent essentiellement à faire bouillir de l'eau. Que faire si vous souhaitez contrôler un four à refusion ?

Il existe un moyen moins coûteux qui s'étend de l'hiver antarctique à la soudure fondue, et vous avez probablement déjà les pièces sur votre étagère. Même si vous ne le faites pas, cela ne vous coûtera que deux centimes supplémentaires, en supposant que vous ayez déjà un microcontrôleur avec un ADC dans votre projet. La nomenclature : une diode vanille et une résistance.

J'ai utilisé des diodes comme capteurs de température dans trois projets au cours de la dernière année : l'un est un torréfacteur qui porte les grains à 220 °C dans l'air chaud, un autre est une plaque chauffante à refusion qui culmine à environ 210 °C, et le le troisième est un fer à transfert de toner qui maintient une température très stable de 130 °C. Dans tous ces cas, je ne me soucie pas vraiment de la valeur numérique réelle de la température – tout ce qui compte c'est la reproductibilité – donc je n'ai jamais pris la peine de calibrer quoi que ce soit. J'ai pensé que je ferais bien les choses pour Hackaday et que j'essaierais de pousser l'humble diode à ses limites pour la science.

Il en a résulté un incendie de PCB, des circuits de test se dessoudant au-dessus de 190 °C, des sondes de température qui se sont détachées et enfin un ramequin cassé et de l'huile d'arachide à 200 °C partout sur mon bureau. Des moments de plaisir! D’un autre côté, j’ai réussi à obtenir suffisamment de données pour calibrer certaines diodes, et les résultats sont fantastiques. Les circuits testés incluaient à la fois les meilleures pratiques et la chose la plus simple qui puisse fonctionner, et les résultats sont assez proches. C’est certainement une technique que vous souhaitez avoir à votre actif pour la plupart des plages de température. Bien sûr, le diable est dans les détails, alors continuez à lire !

Nous savons tous quelle est la chute de tension directe d’une diode au silicium ordinaire, n’est-ce pas ? 0,6 V ou 0,7 V environ, et c'est suffisant pour de nombreux calculs basés sur une serviette. Mais cette chute de tension dépend de deux facteurs principaux : le courant que vous faites passer à travers la diode et la température. Si vous maintenez le courant fixe et lisez la tension directe, vous disposez d'un capteur de température. Bien que cela puisse varier un peu selon les diodes, calculez une réponse de -2 mV/°C.

Maintenir le courant « fixe » peut être aussi simple que d'utiliser une résistance : comme la tension directe de la diode ne change pas beaucoup, le courant traversant la résistance est presque constant. Tout ce que vous avez à faire est de choisir une valeur de résistance appropriée. La prochaine étape consiste à construire une alimentation à courant constant à partir de deux transistors. Je teste ces deux méthodes ici.

Mais ce n’est pas une nouvelle. La prochaine étape de complexité, utilisée par la plupart des puces de détection de température IC, est le « capteur de température à bande interdite en silicium ». Au lieu d'une diode, deux transistors sont utilisés et les imperfections du mode commun sont annulées à l'aide d'un ampli opérationnel. Cela fonctionne très bien dans un circuit intégré, où les deux transistors peuvent être presque identiques et à la même température, mais à des fins de bricolage, cela ajoute plus de complexité que cela n'en vaut la peine. Voici un livre blanc si vous souhaitez approfondir les détails.

Au lieu de viser une précision mesurée en fractions de degré, je souhaite évaluer la précision des solutions de hackers maison les plus simples. Que gagnez-vous en ajoutant une véritable source de courant constant ? Est-ce que ça vaut le coup? Découvrons-le.

J'ai pris sept diodes, six 1N4148 et une 1N4002, et je les ai chauffées avec un thermocouple de type K et un très bon multimètre Fluke qui les lit. La 1N4148 est une diode à petit signal standard, et elle est livrée dans un boîtier en verre non fondant : elle est parfaite pour nos besoins. Trois des 1N4148 étaient alimentés en courant via une résistance de 10 kΩ, simplement parce que c'est une bonne valeur moyenne et que je voulais évaluer la variabilité d'une diode à l'autre. Deux autres valeurs de résistance ont été choisies, 3,3 kΩ et 100 kΩ, couvrant à peu près la plage raisonnable de courants.