3-kanálový systém na meranie teploty termočlánku, presnosť obvodu 0,25 ℃
Funkcie obvodu a výhody
Obvod na obrázku 1 poskytuje vysoko presné viackanálové riešenie merania termočlánkom. Presné merania termočlánku si vyžadujú použitie presných komponentov na vytvorenie signálneho reťazca, ktorý zosilňuje slabé napätie termočlánku, redukuje šum, opravuje nelinearity a poskytuje presnú kompenzáciu referenčného spojenia (bežne sa označuje ako kompenzácia studeného spoja). Tento obvod rieši všetky tieto problémy pri meraní teploty termočlánku a má presnosť ± 0,25 ° C.
Obvod na obrázku 1 ukazuje pripojenie troch termočlánkov typu K k precíznemu 24-bitovému analógovo-digitálnemu prevodníkovi (ADC) AD7793 na meranie napätia termočlánku. Pretože termočlánok je skôr diferenciálnym zariadením ako zariadením na meranie absolútnej teploty, musíte poznať teplotu referenčného spoja, aby ste dosiahli presné hodnoty absolútnej teploty. Tento proces je známy ako kompenzácia referenčného spoja a bežne sa nazýva kompenzácia studeného spoja. V tomto obvode sa presný 16-bitový digitálny snímač teploty ADT7320 používa na referenčné meranie studeného spoja a poskytuje požadovanú presnosť.
Tento typ aplikácie je veľmi populárny pre presné merania teploty, ktoré musia byť nákladovo efektívne v širokom rozmedzí teplôt poskytovaných termočlánkami.
Obvod na obrázku 1 ukazuje pripojenie troch termočlánkov typu K k precíznemu 24-bitovému analógovo-digitálnemu prevodníkovi (ADC) AD7793 na meranie napätia termočlánku. Pretože termočlánok je skôr diferenciálnym zariadením ako zariadením na meranie absolútnej teploty, musíte poznať teplotu referenčného spoja, aby ste dosiahli presné hodnoty absolútnej teploty. Tento proces je známy ako kompenzácia referenčného spoja a bežne sa nazýva kompenzácia studeného spoja. V tomto obvode sa presný 16-bitový digitálny snímač teploty ADT7320 používa na referenčné meranie studeného spoja a poskytuje požadovanú presnosť.
Tento typ aplikácie je veľmi populárny pre presné merania teploty, ktoré musia byť nákladovo efektívne v širokom rozmedzí teplôt poskytovaných termočlánkami.
Obrázok 1. Viackanálový systém na meranie termočlánkov (schematický diagram: nezobrazuje sa pre všetky pripojenia a odpojenie).
Opis obvodu
Obvod na obrázku 1 je navrhnutý na súčasné meranie troch termočlánkov typu K pomocou ADT7320, 16bitového teplotného snímača SPI s presnosťou ± 0,25 ° C.
Meranie napätia termočlánku
Konektor a filter termočlánku sa používajú ako rozhranie medzi termočlánkom a AD7793 ADC. Každý konektor (J1, J2 a J3) je priamo pripojený k množine diferenciálnych vstupov ADC. Filter na vstupe AD7793 znižuje šum superponovaný na ľubovoľnom kolíku termočlánku predtým, ako signál dosiahne vstupy AIN (+) a AIN (-) ADC&# 39. AD7793 integruje multiplexor na čipe, medzipamäť a prístrojový zosilňovač na zosilnenie nízkonapäťových signálov z termočlánkových spojov.
Meranie studeného spoja
Presný 16-bitový digitálny teplotný snímač ADT7320 meria teplotu referenčného spoja (studený spoj) s presnosťou ± 0,25 ° C v rozmedzí teplôt -20 ° C až + 105 ° C. ADT7320 je úplne kalibrovaný z výroby a nevyžaduje žiadnu užívateľskú kalibráciu. Zahŕňa bandgapovú teplotnú referenciu, teplotný senzor a 16-bitový sigma-delta ADC pre meranie teploty a digitálnu konverziu s rozlíšením 0,0078 ° C.
Modely AD7793 aj ADT7320 sú ovládané rozhraním SPI pomocou predvádzacej platformy systému (EVAL-SDP-CB1Z). Okrem toho môžu byť tieto dve zariadenia ovládané aj mikrokontrolérom.
Obrázok 2. Doska na vyhodnotenie obvodov EVAL-CN0172-SDPZ
Obrázok 2 zobrazuje vyhodnocovaciu dosku obvodu EVAL-CN0172-SDPZ s tromi termočlánkovými konektormi typu K. AD7793 ADC a teplotný snímač ADT7320 sú namontované medzi dva medené kontakty samostatnej flexibilnej dosky s plošnými spojmi (PCB) pri referenčnej teplote.
Obrázok 3 je bočný pohľad na ADT7320 namontovaný na samostatnom ohybnom PCB vloženom medzi dva medené kontakty konektora termočlánku. Pružná doska plošných spojov na obrázku 3 je tenšia a pružnejšia ako menšie dosky plošných spojov FR4. Umožňuje chytro namontovať ADT7320 medzi medené kontakty konektora termočlánku, aby sa minimalizoval teplotný gradient medzi referenčným spojom a ADT7320.
Obrázok 3. Bočný pohľad na ADT7320 namontovaný na flexibilnej doske s plošnými spojmi
Malá tenká ohybná doska s plošnými spojmi tiež umožňuje adaptéru ADT7320 rýchlo reagovať na zmeny teploty v referenčnom uzle. Obrázok 4 zobrazuje typický čas tepelnej odozvy ADT7320.
Obrázok 4. Typický čas tepelnej odozvy ADT7320
Riešenie je flexibilnejšie a umožňuje použitie aj iných typov termočlánkov, napríklad typu J alebo T. V tejto poznámke k obvodu sa berie do úvahy výber typu K, ktorý je populárnejší. Skutočný vybraný termočlánok má holú špičku. Merací spoj sa nachádza mimo steny sondy a je vystavený cieľovému médiu.
Výhodou použitia holého hrotu je, že poskytuje najlepšiu tepelnú vodivosť s najrýchlejšou dobou odozvy, nízkymi nákladmi a nízkou hmotnosťou. Nevýhodou je náchylnosť na mechanické poškodenie a koróziu. Preto nie je vhodný do drsného prostredia. Ak však potrebujete rýchlu reakčnú dobu, je najlepšou voľbou exponovaný hrot. Ak sa exponovaný hrot používa v priemyselnom prostredí, bude pravdepodobne potrebné elektricky izolovať signálny reťazec. Na tento účel možno použiť digitálne izolátory (pozri www.analog.com/icoupler).
Na rozdiel od bežných termistorov alebo odporových teplotných detektorov (RTD) je ADT7320 plne plug-and-play riešením, ktoré eliminuje potrebu viacbodovej kalibrácie po zostavení dosky a bez kalibračného alebo linearizačného programu, ktorý spotrebúva zdroje procesora alebo pamäte. Jeho typická spotreba energie iba 700 μW pri napájaní na napájanie 3,3 V zabráni problémom s vlastným ohrevom, ktoré znižujú presnosť tradičných odporových riešení senzorov.
Sprievodca presným meraním teploty
Nasledujúce pokyny zabezpečujú, aby ADT7320 presne meral teplotu referenčného spoja.
Napájanie: Ak je ADT7320 napájaný z komutovaného napájacieho zdroja, môže vyprodukovať šum viac ako 50 kHz, čo ovplyvňuje presnosť teploty. Aby ste zabránili tejto chybe, použite medzi napájaním a VDD RC filter. Použité hodnoty komponentov by sa mali starostlivo zvážiť, aby sa zabezpečilo, že špičky napájacieho šumu sú menšie ako 1 mV
Oddelenie: Pre zaistenie presných meraní teploty musí mať ADT7320 oddeľovací kondenzátor umiestnený čo najbližšie k VDD. Odporúča sa oddeľovací kondenzátor, ako napríklad vysokofrekvenčný keramický typ 0,1 μF. Okrem toho by sa mal paralelne používať vysokofrekvenčný keramický kondenzátor, ako je tantalový kondenzátor 10 μF až 50 μF, nízkofrekvenčný oddeľovací kondenzátor.
Maximálne vedenie tepla: Plastový obal a obnažená podložka na zadnej strane (GND) sú primárnou cestou tepelného vedenia od referenčného križovatky k ADT7320. Pretože sú medené kontakty pripojené k vstupom ADC, v tejto aplikácii nie je možné pripojiť podložky na zadnej strane, pretože to môže mať vplyv na predpojatosť vstupu ADC.
Sprievodca presným meraním napätia
Nasledujúce pokyny zabezpečujú, aby AD7793 presne meral spojovacie napätie namerané termočlánkom.
Oddelenie: Pre zaistenie presného merania napätia musí mať AD7793 oddelovací kondenzátor umiestnený čo najbližšie k AVDD a DVDD. AVDD by sa mal odpojiť od GND paralelným pripojením keramického kondenzátora 0,1 μF s tantalovým kondenzátorom 10 μF. Okrem toho by mal byť paralelne pripojený keramický kondenzátor 0,1 μF s tantalovým kondenzátorom 10 μF, aby sa DVDD odpojil od GND. Viac diskusií o technikách uzemnenia, rozloženia a oddelenia nájdete v príručkách MT-031 a Tutorial MT-101.
Filtrovanie: Diferenciálny vstup AD7793&# 39 sa používa na elimináciu najbežnejšieho šumu na linkách termočlánkov. Napríklad umiestnenie R1, R2 a C3, ktoré tvoria diferenciálny dolnopriepustný filter, na predný koniec AD7793 eliminuje možný superponovaný šum na kolíkoch termočlánku. Kondenzátory C1 a C2 poskytujú ďalšie filtrovanie v spoločnom režime. Pretože AIN (+) a AIN (-) vstupu ADC sú analógové diferenciálne vstupy, väčšina napätí v analógovom modulátore sú napätia v bežnom režime. Vynikajúce odmietnutie v spoločnom režime (min. 100 dB) modelu AD7793&# 39 ďalej eliminuje šum v týchto vstupných signáloch.
Program na riešenie ďalších problémov
V nasledujúcom texte je zhrnuté, ako toto riešenie rieši ďalšie problémy spojené s termočlánkami, ktoré boli spomenuté vyššie.
Zosilnenie napätia termočlánku: výstupné napätie termočlánku so zmenami teploty v rozmedzí iba niekoľkých μV na stupeň. Bežný termočlánok typu K použitý v tomto príklade má premenlivú amplitúdu 41 μV / ° C. Tento slabý signál vyžaduje pred konverziou ADC vyšší stupeň zosilnenia. Interný programovateľný zosilňovač zosilnenia (PGA) AD7793 poskytuje maximálny zisk 128. Zisk v tomto riešení je 16, čo umožňuje zariadeniu AD7793 spustiť internú kalibračnú funkciu v plnom rozsahu s internou referenciou.
Korekcia nelinearity termočlánku: AD7793 ponúka vynikajúcu linearitu v širokom rozmedzí teplôt (-40 ° C až + 105 ° C) bez kalibrácie alebo kalibrácie používateľom. Ak chcete zistiť skutočnú teplotu termočlánku, musíte na prepočet merania referenčnej teploty na ekvivalentné termoelektrické napätie použiť vzorec poskytnutý Národným ústavom pre normy a technológiu (NIST). Toto napätie sa pripočíta k napätiu termočlánku nameraného prístrojom AD7793 a potom sa opäť prevedie späť na teplotu termočlánku pomocou vzorca NIST. Iný prístup spočíva v použití vyhľadávacích tabuliek. Aby sa však dosiahla rovnaká presnosť, veľkosť vyhľadávacej tabuľky sa môže značne líšiť, čo vyžaduje, aby hostiteľský radič pre ňu pridelil ďalšie úložné prostriedky. Všetko spracovanie prebieha v softvéri cez EVAL-SDP-CB1Z. EVAL-SDP-CB1Z sa vykonáva v softvéri.
Bežné zmeny
Pre aplikácie vyžadujúce nízku presnosť je možné namiesto 24-bitového ADC AD7793 16-bit ADC92 použiť ADC. Na meranie referenčnej teploty je možné použiť digitálny teplotný snímač ADT7310 s presnosťou ± 0,5 ° C namiesto presnosti ± 0,25 ° C ADT7320 AD7792 aj ADT7310 integrujú rozhranie SPI.
Vložiť: Č. 16, cesta 3, priemyselná zóna Sanjiang, Shengzhou, Zhejiang, Čína
Kontakt: Eric Xie
Email:sale@benoelectric.com
Dav: +861598895936
Skype:ericxie123@outlook.com
Wechat GG; Whatsapp: +8615988295936
Webová stránka: www.benoindustry.com
