3-kanalni sustav mjerenja temperature termokuple, točnost kruga od 0,25 °C
Funkcije i prednosti kruga
Krug na brojci 1 pruža vrlo precizno, višekanalno termouple mjerno rješenje. Točna termokouple mjerenja zahtijevaju korištenje preciznih komponenti za formiranje signalnog lanca koji pojačava slab termokouple napone, smanjuje buku, ispravlja ne-linearnosti i pruža točnu referentnu kompenzaciju spoja (obično se naziva naknada hladnog spoja). Ovaj krug rješava sve te probleme u mjerenju termokuple temperature i ima točnost od ± 0,25 ° C.
Krug na slici 1 prikazuje vezu tri termokupula tipa K s preciznim 24-bitnim sigma-delta analognim digitalnim pretvaračom (ADC) za mjerenje napona termokouplea. Budući da je termokuple diferencijalni uređaj, a ne uređaj za mjerenje apsolutne temperature, morate znati referentnu temperaturu spoja kako biste dobili točna očitanja apsolutne temperature. Taj je postupak poznat kao referentna naknada za spoj i obično se naziva naknada za hladno čvorište. U ovom krugu, ADT7320 precizni 16-bitni digitalni senzor temperature koristi se za hladno mjerenje spoja i pruža potrebnu točnost.
Ova vrsta primjene vrlo je popularna za precizna mjerenja temperature koja moraju biti isplativa tijekom širokog temperaturnog raspona koji pružaju termoupuli.
Krug na slici 1 prikazuje vezu tri termokupula tipa K s preciznim 24-bitnim sigma-delta analognim digitalnim pretvaračom (ADC) za mjerenje napona termokouplea. Budući da je termokuple diferencijalni uređaj, a ne uređaj za mjerenje apsolutne temperature, morate znati referentnu temperaturu spoja kako biste dobili točna očitanja apsolutne temperature. Taj je postupak poznat kao referentna naknada za spoj i obično se naziva naknada za hladno čvorište. U ovom krugu, ADT7320 precizni 16-bitni digitalni senzor temperature koristi se za hladno mjerenje spoja i pruža potrebnu točnost.
Ova vrsta primjene vrlo je popularna za precizna mjerenja temperature koja moraju biti isplativa tijekom širokog temperaturnog raspona koji pružaju termoupuli.
Slika 1. Višekanalni termokuple mjerni sustav (shematski dijagram: nije prikazan za sve veze i odvajanje)
Opis kruga
Krug na brojci 1 dizajniran je za istovremeni mjerenje tri termosouples tipa K pomoću ADT7320, preciznosti ± 0,25 ° C, 16-bitnog SENZORA temperature SPI.
Termokouple mjerenje napona
Termokouple konektor i filtar koriste se kao sučelje između termokuplea i AD7793 ADC-a. Svaki konektor (J1, J2 i J3) izravno je povezan sa skupom diferencijalnih ADC ulaza. Filtar na ulazu AD7793 smanjuje buku koja se prelama na bilo koji termokouple pin prije nego što signal dođe do ADC-evih AIN (+) i AIN (-) ulaza. AD7793 integrira on-chip multiplekser, međuspremnik i instrumentno pojačalo za pojačavanje malonaponskih signala iz termokuple čvorišta.
Mjerenje hladnog spoja
Precizni 16-bitni digitalni senzor temperature ADT7320 mjeri referentnu temperaturu spoja (hladno spojno) s točnošću od ± 0,25 ° C u rasponu temperature od -20 ° C do + 105 ° C. ADT7320 je potpuno tvornički kalibriran i ne zahtijeva nikakvu kalibraciju korisnika. Uključuje referencu temperature bandgapa, senzor temperature i 16-bitni sigma-delta ADC za mjerenje temperature i digitalnu pretvorbu razlučivosti 0,0078 ° C.
I AD7793 i ADT7320 kontroliraju se sučeljem SPI pomoću demonstracijske platforme sustava (EVAL-SDP-CB1Z). Osim toga, ova dva uređaja može kontrolirati i mikrokontroler.
Slika 2. EVAL-CN0172-SDPZ Odbor za ocjenjivanje krugova
Slika 2 prikazuje evaluacijsku ploču kruga EVAL-CN0172-SDPZ s tri termokouple konektora tipa K. AD7793 ADC i senzor temperature ADT7320 montirani su između dva bakrena kontakta pojedinačne fleksibilne ispisane pločice (PCB) Na referentnoj temperaturi.
Slika 3 je bočni pogled na ADT7320 montiran na zasebnom fleksibilnom PCB-u, umetnut između dva bakrena kontakta termokouple konektora. Savitljivi PCB na broju 3 tanji je i fleksibilniji od manjih FRB-ova FR4. Omogućuje pametno montirano ADT7320 između bakrenih kontakata termokouple konektora kako bi se temperaturni gradijent između referentnog spoja i ADT7320 sveo na najmanju moguću mjeru.
Slika 3. Bočni pogled na ADT7320 montiran na savitljivom PCB-u
Mali, tanki fleksibilni PCB također omogućuje ADT7320 da brzo reagira na promjene temperature u referentnom spoju. Slika 4 prikazuje tipično vrijeme toplinskog odgovora ADT7320.
Slika 4. ADT7320 Tipično vrijeme toplinskog odziva
Rješenje je fleksibilnije, omogućujući korištenje drugih vrsta termokupula, kao što su J-tip ili T-tip. U ovom krugu, izbor K-tipa uzima se u obzir njegov popularniji. Stvarni odabrani termokuple ima goli vrh. Mjerno čvorište nalazi se izvan zida sonde i izloženo je ciljnog medija.
Prednost korištenja golog vrha je u tome što pruža najbolju toplinsku vodljivost s najbržim vremenom odziva, niskom cijenom i laganom težinom. Loša strana je osjetljivost na mehanička oštećenja i koroziju. Stoga nije prikladno za surova okruženja. Međutim, kada je potrebno vrijeme brzog odgovora prigodom, izloženi savjet je najbolji izbor. Ako se izloženi vrh koristi u industrijskom okruženju, signalni lanac možda će morati biti električno izoliran. U tu svrhu mogu se koristiti digitalni izolatori (vidi www.analog.com/icoupler).
Za razliku od konvencionalnih termistora ili otpornih detektora temperature (RTD), ADT7320 je potpuno plug-and-play rješenje koje eliminira potrebu za kalibracijom više točaka nakon sastavljanja ploče i bez kalibracije ili linearizacijskog programa koji troši procesor ili memorijske resurse. Njegova tipična potrošnja energije od samo 700μW kada se radi na 3,3 V opskrbe izbjegava problem samogrijavanja koji degradira točnost tradicionalnih rješenja senzora otpora.
Precizni vodič za mjerenje temperature
Sljedeće smjernice osiguravaju da ADT7320 točno mjeri referentnu temperaturu spoja.
Napajanje: Ako se ADT7320 napaja iz napajanja s uključenim načinom rada, može se proizvesti više od 50 kHz buke, što utječe na točnost temperature. Da biste spriječili ovaj kvar, upotrijebite RC filtar između napajanja i VDD-a. Korištene vrijednosti komponenti treba pažljivo razmotriti kako bi se osiguralo da su vrhovi buke u opskrbi manji od 1 mV
Odvajanje: ADT7320 mora imati konditor za odvajanje postavljen što je moguće bliže VDD-u kako bi se osigurala točna mjerenja temperature. Preporučuje se konduktor za odvajanje poput visokofrekventnog keramičkog tipa od 0,1μF. Osim toga, niskofrekventni konduktor za odvajanje trebao bi se koristiti paralelno s visokofrekventnim konduktorom keramike, kao što je konduktor tantala od 10μF do 50μF.
Maksimalna toplinska vodnost: Plastični paket i izložena podloga na stražnjoj strani (GND) primarni su put toplinske vodnje od referentnog spoja do ADT7320. Budući da su bakreni kontakti povezani s ADC ulazom, jastučići na stražnjoj strani ne mogu se povezati u ovoj aplikaciji jer na taj način mogu utjecati na ADC ulaznu pristranost.
Precizni vodič za mjerenje napona
Sljedeće smjernice osiguravaju da AD7793 točno mjeri napon spoja mjeren termosoupleom.
Odvajanje: AD7793 mora imati konduktor za odvajanje postavljen što bliže AVDD-u i DVDD-u kako bi se osigurala točna mjerenja napona. AVDD treba dekoditirati na GND spajanjem konduktora keramike od 0,1 μF paralelno s konduktorom tantaluma od 10 μF. Osim toga, konduktor keramike od 0,1 μF trebao bi biti spojen paralelno s konditorom tantaluma od 10 μF kako bi se DVDD dekoupletirao na GND. Za više rasprava o tehnikama uzemljenja, izgleda i odvajanja, pogledajte Tutorial MT-031 i Tutorial MT-101
Filtriranje: Diferencijalni ulaz AD7793 koristi se za uklanjanje najčešćeg načina buke na termokusnim linijama. Na primjer, postavljanje R1, R2 i C3, koji čine diferencijalni filtar niskog prolaza, na prednjem kraju AD7793 eliminira moguću frontimponed buku na termokouple igle. C1 i C2 konditori pružaju dodatno filtriranje uobičajenog načina rada. Budući da su AIN (+) i AIN (-) ulaznog ADC-a analogni diferencijalni inputi, većina napona u analognom modulatoru su naponi uobičajenog načina rada. Izvrsno odbacivanje uobičajenog načina rada AD7793 (100 dB min) dodatno eliminira buku uobičajenog načina rada u tim ulaznim signalima.
Program za rješavanje drugih problema
U sljedećem se sažeti način na koji se ovo rješenje bavi drugim ranije spomenutim izazovima povezanima s termokupleom.
Termokopalno pojačavanje napona: termokopski izlazni napon s temperaturnim promjenama u rasponu od samo nekoliko μV po stupnju. Uobičajeni tip K termokuple koji se koristi u ovom primjeru ima različitu amplitude od 41 μV / ° C. Ovaj slabi signal zahtijeva višu fazu dobitka prije pretvorbe ADC-a. AD7793 interno programibilno pojačalo dobitka (PGA) pruža maksimalni dobitak od 128. Dobitak u ovom rješenju je 16, omogućujući AD7793 da vodi internu funkciju kalibracije u punom opsegu s unutarnjom referencom.
Thermocouple Nonlinearity Correction: AD7793 nudi izvrsnu linearnost u širokom temperaturnom rasponu (-40 ° C do + 105 ° C) bez kalibracije ili kalibracije korisnika. Da biste odredili stvarnu termokuple temperaturu, morate koristiti formulu koju je dostavio Nacionalni institut za standarde i tehnologiju (NIST) kako biste referentno mjerenje temperature pretvorili u ekvivalentni termoelektrični napon. Taj se napon dodaje termouple naponu koji mjeri AD7793, a zatim se ponovno pretvara natrag u termokuple temperaturu pomoću NIST formule. Drugi pristup uključuje korištenje stolova za pregled. Međutim, da bi se dobila ista preciznost, veličina tablice za pregled može se znatno razlikovati, što zahtijeva da kontroler domaćina dodijeli dodatne resurse za pohranu. Sva obrada obavlja se u softveru putem EVAL-SDP-CB1Z. EVAL-SDP-CB1Z se radi u softveru.
Uobičajene promjene
Za aplikacije koje zahtijevaju nisku točnost, AD7792 16-bitni Σ-Δ ADC može se koristiti umjesto AD7793 24-bitne Σ-Δ ADC. Za referentna mjerenja temperature može se koristiti ADT7310 digitalni senzor temperature s točnošću od ± 0,5 ° C umjesto preciznosti ± 0,25 ° C ADT7320 I AD7792 i ADT7310 integriraju SPI sučelje
Dodaj: Br. 16, Cesta 3, Sanjiang Industrijska zona, Shengzhou, Zhejiang, Kina
Kontakt:Eric Xie
E-pošta:sale@benoelectric.com
Mob: +86159895936
Skype:ericxie123@outlook.com
Wechat & Whatsapp: +861598295936
Internetska stranica:www.benoindustry.com
