3 kanālu termopāra temperatūras mērīšanas sistēma, ķēdes precizitāte 0,25 ℃
Kontūras funkcijas un priekšrocības
1. shēma nodrošina ļoti precīzu daudzkanālu termopāra mērīšanas risinājumu. Lai veiktu precīzus termopāra mērījumus, ir jāizmanto precīzas sastāvdaļas, lai izveidotu signāla ķēdi, kas pastiprina vāju termopāra spriegumu, samazina troksni, koriģē nelinearitāti un nodrošina precīzu atskaites krustojuma kompensāciju (parasti to dēvē par aukstā krustojuma kompensāciju). Šī shēma atrisina visas šīs problēmas termopāra temperatūras mērījumos, un tās precizitāte ir ± 0,25 ° C.
1. attēlā redzamā shēma parāda trīs K veida termopāra savienojumu ar AD7793 precīzo 24 bitu sigma-delta analogo-ciparu pārveidotāju (ADC), lai mērītu termopāra spriegumu. Tā kā termoelements ir diferenciālā ierīce, nevis absolūtās temperatūras mērīšanas ierīce, jums jāzina atskaites krustojuma temperatūra, lai iegūtu precīzus absolūtās temperatūras rādījumus. Šis process ir pazīstams kā atsauces krustojuma kompensācija, un to parasti dēvē par aukstā krustojuma kompensāciju. Šajā ķēdē ADT7320 precīzais 16 bitu digitālais temperatūras sensors tiek izmantots aukstuma mezgla atskaites mērīšanai un nodrošina nepieciešamo precizitāti.
Šis pielietojuma veids ir ļoti populārs precīziem temperatūras mērījumiem, kuriem jābūt rentabliem plašā temperatūras diapazonā, ko nodrošina termopāri.
1. attēlā redzamā shēma parāda trīs K veida termopāra savienojumu ar AD7793 precīzo 24 bitu sigma-delta analogo-ciparu pārveidotāju (ADC), lai mērītu termopāra spriegumu. Tā kā termoelements ir diferenciālā ierīce, nevis absolūtās temperatūras mērīšanas ierīce, jums jāzina atskaites krustojuma temperatūra, lai iegūtu precīzus absolūtās temperatūras rādījumus. Šis process ir pazīstams kā atsauces krustojuma kompensācija, un to parasti dēvē par aukstā krustojuma kompensāciju. Šajā ķēdē ADT7320 precīzais 16 bitu digitālais temperatūras sensors tiek izmantots aukstuma mezgla atskaites mērīšanai un nodrošina nepieciešamo precizitāti.
Šis pielietojuma veids ir ļoti populārs precīziem temperatūras mērījumiem, kuriem jābūt rentabliem plašā temperatūras diapazonā, ko nodrošina termopāri.
1. attēls. Daudzkanālu termopāra mērīšanas sistēma (shematiska shēma: nav parādīta visiem savienojumiem un atvienošanai)
Ķēdes apraksts
1. attēlā redzamā shēma ir paredzēta vienlaicīgai trīs K tipa termopāru mērīšanai, izmantojot ADT7320, ± 0,25 ° C precizitāti, 16 bitu SPI temperatūras sensoru.
Termopāra sprieguma mērīšana
Termopāra savienotājs un filtrs tiek izmantots kā saskarne starp termopāri un AD7793 ADC. Katrs savienotājs (J1, J2 un J3) ir tieši savienots ar diferenciālo ADC ieeju komplektu. Filtrs uz AD7793 ieejas samazina troksni, kas uzlikts uz jebkura termopāra tapas, pirms signāls sasniedz ADC' s AIN (+) un AIN (-) ieejas. AD7793 integrē mikroshēmu multipleksoru, buferi un instrumentu pastiprinātāju, lai pastiprinātu mazsprieguma signālus no termopāra krustojumiem.
Aukstā krustojuma mērīšana
ADT7320 precīzais 16 bitu digitālais temperatūras sensors mēra atskaites temperatūras (aukstā savienojuma) temperatūru ar precizitāti ± 0,25 ° C temperatūras diapazonā no -20 ° C līdz + 105 ° C. ADT7320 ir pilnībā kalibrēts rūpnīcā, un kalibrēšana nav nepieciešama. Tas ietver temperatūras diapazona atstarpes atsauci, temperatūras sensoru un 16 bitu sigma-delta ADC temperatūras mērīšanai un digitālai pārveidošanai ar izšķirtspēju 0,0078 ° C.
Gan AD7793, gan ADT7320 kontrolē SPI interfeiss, izmantojot sistēmas demonstrēšanas platformu (EVAL-SDP-CB1Z). Turklāt šīs divas ierīces var vadīt arī ar mikrokontrolleru.
2. attēls. EVAL-CN0172-SDPZ shēmas novērtēšanas padome
2. attēlā parādīta EVAL-CN0172-SDPZ shēmas novērtēšanas plāksne ar trim K tipa termopāra savienotājiem. AD7793 ADC un ADT7320 temperatūras sensors ir uzstādīti starp atsevišķas elastīgas iespiedshēmas plates (PCB) diviem vara kontaktiem pie standarta temperatūras.
3. attēlā redzams ADT7320 sānskats, kas uzstādīts uz atsevišķas elastīgas PCB, ievietots starp diviem termopāra savienotāja vara kontaktiem. Elastīgā PCB 3. attēlā ir plānāka un elastīgāka nekā mazākās FR4 PCB. Tas ļauj gudri uzstādīt ADT7320 starp termopāra savienotāja vara kontaktiem, lai samazinātu temperatūras gradientu starp atskaites mezglu un ADT7320.
3. attēls. ADT7320 sānskatā, kas uzstādīts uz elastīgas PCB
Mazais, plānais elastīgais PCB arī ļauj ADT7320 ātri reaģēt uz temperatūras izmaiņām atsauces krustojumā. 4. attēlā parādīts tipiskais ADT7320 termiskās reakcijas laiks.
4. attēls. Tipiskais termiskās reakcijas laiks
Risinājums ir elastīgāks, ļaujot izmantot cita veida termopāri, piemēram, J veida vai T veida. Šajā ķēdes piezīmē K veida izvēle tiek ņemta vērā tā populārākā. Faktiskajam izvēlētajam termopāram ir tukšs gals. Mērījumu mezgls atrodas ārpus zondes sienas un ir pakļauts mērķa videi.
Plika gala izmantošanas priekšrocība ir tā, ka tā nodrošina vislabāko siltuma vadītspēju ar ātrāko reakcijas laiku, zemām izmaksām un nelielu svaru. Negatīvie ir uzņēmība pret mehāniskiem bojājumiem un koroziju. Tāpēc nav piemērots skarbai videi. Tomēr, ja nepieciešams ātrs reakcijas laiks, labākā izvēle ir pakļautais gals. Ja rūpnieciskā vidē tiek izmantots pakļauts uzgalis, signāla ķēde var būt nepieciešams izolēt elektriski. Šim nolūkam var izmantot digitālos izolatorus (sk. Www.analog.com/icoupler).
Atšķirībā no parastajiem termistoriem vai rezistīvajiem temperatūras detektoriem (RTD), ADT7320 ir pilnībā iespraužams un atskaņojams risinājums, kas novērš nepieciešamību pēc vairāku punktu kalibrēšanas pēc dēļu montāžas un bez kalibrēšanas vai linearizācijas programmas, kas patērē procesora vai atmiņas resursus. Tā tipiskais enerģijas patēriņš tikai 700 μW, darbinot ar 3,3 V barošanas avotiem, ļauj izvairīties no pašsasildīšanās problēmas, kas pasliktina tradicionālo pretestības sensoru risinājumu precizitāti.
Precīza temperatūras mērīšanas rokasgrāmata
Šīs vadlīnijas nodrošina, ka ADT7320 precīzi mēra krustojuma atskaites temperatūru.
Barošanas avots: ja ADT7320 tiek darbināts no komutēta režīma barošanas avota, var rasties vairāk nekā 50 kHz troksnis, kas ietekmē temperatūras precizitāti. Lai novērstu šo defektu, izmantojiet RC filtru starp barošanas avotu un VDD. Izmantoto komponentu vērtības rūpīgi jāapsver, lai nodrošinātu, ka barošanas trokšņa maksimumi ir mazāki par 1 mV
Atvienošana: ADT7320 ir jābūt atdalīšanas kondensatoram, kas novietots pēc iespējas tuvāk VDD, lai nodrošinātu precīzus temperatūras mērījumus. Ieteicams atvienot kondensatoru, piemēram, 0,1 μF augstas frekvences keramikas veidu. Turklāt paralēli augstas frekvences keramikas kondensatoram, piemēram, tantala kondensatoram no 10 μF līdz 50 μF, jāizmanto zemas frekvences atvienošanas kondensators.
Maksimālā siltuma vadītspēja: Plastmasas iepakojums un atsegtais paliktnis aizmugurē (GND) ir primārais siltuma vadīšanas ceļš no atskaites mezgla līdz ADT7320. Tā kā vara kontakti ir savienoti ar ADC ieejām, aizmugurējās puses spilventiņus šajā lietojumprogrammā nevar savienot, jo tas var ietekmēt ADC ieejas novirzi.
Precīza sprieguma mērīšanas rokasgrāmata
Šīs vadlīnijas nodrošina, ka AD7793 precīzi mēra termopāra izmērīto savienojuma spriegumu.
Atvienošana: AD7793 jābūt atdalīšanas kondensatoram, kas novietots pēc iespējas tuvāk AVDD un DVDD, lai nodrošinātu precīzus sprieguma mērījumus. AVDD jāatdala no GND, paralēli savienojot 0,1 μF keramisko kondensatoru ar 10 μF tantala kondensatoru. Turklāt, lai atvienotu DVDD no GND, paralēli 10 μF tantala kondensatoram jābūt savienotam ar 0,1 μF keramikas kondensatoru. Plašāku diskusiju par iezemēšanas, izkārtojuma un atsaistīšanas paņēmieniem skatiet apmācībā MT-031 un apmācībā MT-101.
Filtrēšana: AD7793' diferenciālo ieeju izmanto, lai novērstu visbiežāk sastopamo režīmu troksni termopāra līnijās. Piemēram, R1, R2 un C3, kas veido diferenciālo zemfrekvences filtru, novietošana AD7793 priekšējā galā novērš iespējamo uzlikto troksni uz termopāra tapām. C1 un C2 kondensatori nodrošina papildu kopējā režīma filtrēšanu. Tā kā ieejas ADC AIN (+) un AIN (-) ir analogās diferenciālās ieejas, lielākā daļa spriegumu analogajā modulatorā ir parastā režīma spriegumi. AD7793' izcilā kopējā režīma noraidīšana (100 dB min) vēl vairāk novērš kopējā režīma troksni šajos ieejas signālos.
Programma citu problēmu risināšanai
Turpmāk ir apkopots, kā šis risinājums risina citas iepriekš minētās ar termopāri saistītās problēmas.
Termopāra sprieguma pastiprināšana: termopāra izejas spriegums ar temperatūras izmaiņām tikai dažu μV diapazonā uz grādu. Šajā piemērā izmantotajam kopējam K tipa termopāram ir atšķirīga amplitūda 41 μV / ° C. Šim vājam signālam pirms ADC pārveidošanas nepieciešama lielāka pastiprināšanas pakāpe. AD7793 iekšējais programmējamais pastiprināšanas pastiprinātājs (PGA) nodrošina maksimālo pastiprinājumu 128. Šajā risinājumā palielinājums ir 16, ļaujot AD7793 vadīt iekšēju pilna mēroga kalibrēšanas funkciju ar iekšēju atsauci.
Termopāra nelinearitātes korekcija: AD7793 piedāvā izcilu linearitāti plašā temperatūras diapazonā (-40 ° C līdz ~ 105 ° C) bez lietotāja kalibrēšanas vai kalibrēšanas. Lai noteiktu faktisko termopāra temperatūru, jums jāizmanto Nacionālā standartu un tehnoloģiju institūta (NIST) sniegtā formula, lai pārvērstu standarttemperatūras mērījumu par līdzvērtīgu termoelektrisko spriegumu. Šis spriegums tiek pievienots termopāra spriegumam, ko mēra ar AD7793, un pēc tam atkal tiek pārveidots atpakaļ termopāra temperatūrā, izmantojot NIST formulu. Cita pieeja ietver uzmeklēšanas tabulu izmantošanu. Tomēr, lai iegūtu tādu pašu precizitāti, uzmeklēšanas tabulas lielums var ievērojami atšķirties, pieprasot resursdatora kontrollerim tai piešķirt papildu krātuves resursus. Visa apstrāde tiek veikta programmatūrā, izmantojot EVAL-SDP-CB1Z. EVAL-SDP-CB1Z tiek veikts programmatūrā.
Biežas izmaiņas
Lietojumprogrammām, kurām nepieciešama zema precizitāte, AD7793 24 bitu Σ-Δ ADC vietā var izmantot AD7792 16 bitu Σ-Δ ADC. Standarttemperatūras mērījumiem ± 0,25 ° C precizitātes vietā var izmantot digitālo temperatūras sensoru ADT7310 ar ± 0,5 ° C precizitāti. ADT7320 Gan AD7792, gan ADT7310 ir integrēts SPI interfeiss
Pievienot: Nr. 16, 3. ceļš, Sandzjanas rūpniecības zona, Šeņdžou, Džedzjana, Ķīna
Kontaktpersona: Ēriks Sjijs
E-pasts:sale@benoelectric.com
Mob: +861598895936
Skype:ericxie123@outlook.com
Wechat&pastiprinātājs; Whatsapp: +8615988295936
Vietne: www.benoindustry.com
