ระบบวัดอุณหภูมิเทอร์โมคัปเปิล 3 ช่องความแม่นยําของวงจร 0.25 ° C

ฟังก์ชั่นวงจรและข้อดี

วงจรในรูปที่ 1 ให้โซลูชันการวัดเทอร์โมคัปเปิลหลายช่องที่มีความแม่นยําสูง การวัดเทอร์โมคัปเปิลที่แม่นยําต้องใช้ส่วนประกอบที่มีความแม่นยําเพื่อสร้างห่วงโซ่สัญญาณที่ขยายแรงดันไฟฟ้าเทอร์โมคัปเปิลที่อ่อนแอลดเสียงรบกวนแก้ไขที่ไม่ใช่เชิงเส้นและให้การชดเชยจุดเชื่อมต่ออ้างอิงที่ถูกต้อง (โดยทั่วไปเรียกว่าการชดเชยทางแยกเย็น) วงจรนี้แก้ปัญหาเหล่านี้ทั้งหมดในการวัดอุณหภูมิเทอร์โมคัปเปิลและมี± 0.25 องศาเซลเซียส

วงจรในรูปที่ 1 แสดงการเชื่อมต่อเทอร์โมคัปเปิลชนิด K สามตัวกับตัวแปลงอะกั๊กม่า-เดลต้าแบบอะนาล็อกเป็นดิจิตอล (ADC) ที่มีความแม่นยํา 24 บิตเพื่อวัดแรงดันไฟฟ้าเทอร์โมคัปเปิล เนื่องจากเทอร์โมคัปเปิลเป็นอุปกรณ์ที่แตกต่างมากกว่าอุปกรณ์วัดอุณหภูมิที่แน่นอนคุณต้องทราบอุณหภูมิจุดเชื่อมต่ออ้างอิงเพื่อให้ได้การอ่านอุณหภูมิที่แน่นอน กระบวนการนี้เรียกว่าการชดเชยจุดเชื่อมต่ออ้างอิงและมักเรียกว่าการชดเชยทางแยกเย็น ในวงจรนี้เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิดิจิตอล ADT7320 ความแม่นยํา 16 บิตใช้สําหรับการวัดการอ้างอิงทางแยกเย็นและให้ความแม่นยําที่ต้องการ

การใช้งานประเภทนี้เป็นที่นิยมมากสําหรับการวัดอุณหภูมิที่แม่นยําซึ่งต้องคุ้มค่าในช่วงอุณหภูมิกว้างที่จัดทําโดยเทอร์โมคัปเปิล

รูปที่ 1. ระบบการวัดเทอร์โมคัปเปิลหลายช่อง (แผนภาพ: ไม่แสดงสําหรับการเชื่อมต่อและ decoupling ทั้งหมด)

คําอธิบายวงจร

วงจรในรูปที่ 1 ได้รับการออกแบบมาสําหรับการวัดเทอร์โมคัปเปิลชนิด K สามตัวพร้อมกันโดยใช้ ADT7320 ซึ่งเป็นเซ็นเซอร์อุณหภูมิ SPI ขนาด ± 0.25 ° C ที่แม่นยํา 16 บิต

การวัดแรงดันไฟฟ้าเทอร์โมคัปเปิล

หัวต่อเทอร์โมคัปเปิลและตัวกรองถูกใช้เป็นอินเทอร์เฟซระหว่างเทอร์โมคัปเปิลและ AD7793 ADC ตัวเชื่อมต่อแต่ละตัว (J1, J2 และ J3) เชื่อมต่อโดยตรงกับชุดอินพุต ADC ที่แตกต่างกัน ตัวกรองบนอินพุต AD7793 จะลดเสียงรบกวนที่ซ้อนทับบนขาเทอร์โมคัปเปิลก่อนที่สัญญาณจะถึงอินพุต AIN (+) และ AIN (-) ของ ADC AD7793 รวมมัลติเพล็กซ์บนชิปบัฟเฟอร์และแอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัดเพื่อขยายสัญญาณแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กจากจุดต่อเทอร์โมคัปเปิล

วัดทางแยกเย็น

เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิดิจิตอล ADT7320 ความแม่นยํา 16 บิตวัดอุณหภูมิจุดเชื่อมต่ออ้างอิง (จุดต่อเย็น) ด้วยความแม่นยํา ± 0.25 ° C ในช่วงอุณหภูมิ -20 ° C ถึง + 105 ° C ADT7320 ได้รับการปรับเทียบจากโรงงานอย่างเต็มที่และไม่จําเป็นต้องมีการสอบเทียบผู้ใช้ มันรวมการอ้างอิงอุณหภูมิ bandgap เซ็นเซอร์อุณหภูมิและ ADC sigma-delta 16 บิตสําหรับการวัดอุณหภูมิและการแปลงแบบดิจิตอลที่มีความละเอียด 0.0078 ° C

ทั้ง AD7793 และ ADT7320 ถูกควบคุมโดยอินเทอร์เฟซ SPI โดยใช้แพลตฟอร์มสาธิตระบบ (EVAL-SDP-CB1Z) นอกจากนี้อุปกรณ์ทั้งสองนี้ยังสามารถควบคุมได้โดยไมโครคอนโทรลเลอร์

รูปที่ 2. คณะกรรมการประเมินวงจร EVAL-CN0172-SDPZ

รูปที่ 2 แสดงบอร์ดประเมินวงจร EVAL-CN0172-SDPZ ที่มีขั้วต่อเทอร์โมคัปเปิลชนิด K สามตัว AD7793 ADC และเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ ADT7320 ติดตั้งอยู่ระหว่างหน้าสัมผัสทองแดงสองหน้าของแผงวงจรพิมพ์ที่มีความยืดหยุ่นส่วนบุคคล (PCB) ที่อุณหภูมิอ้างอิง

รูปที่ 3 เป็นมุมมองด้านข้างของ ADT7320 ที่ติดตั้งบน PCB ที่ยืดหยุ่นแยกต่างหากซึ่งแทรกอยู่ระหว่างหน้าสัมผัสทองแดงทั้งสองของขั้วต่อเทอร์โมคัปเปิล PCB ที่ยืดหยุ่นในรูปที่ 3 นั้นบางและยืดหยุ่นกว่า PCB FR4 ที่เล็กกว่า ช่วยให้ ADT7320 สามารถติดตั้งอย่างชาญฉลาดระหว่างหน้าสัมผัสทองแดงของตัวเชื่อมต่อเทอร์โมคัปเปิลเพื่อลดการไล่ระดับอุณหภูมิระหว่างจุดเชื่อมต่ออ้างอิงและ ADT7320

รูปที่ 3. มุมมองด้านข้างของ ADT7320 ที่ติดตั้งบน PCB ที่ยืดหยุ่น

PCB ขนาดเล็กที่มีความยืดหยุ่นบางยังช่วยให้ ADT7320 สามารถตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิในจุดเชื่อมต่ออ้างอิงได้อย่างรวดเร็ว รูปที่ 4 แสดงเวลาตอบสนองทางความร้อนโดยทั่วไปของ ADT7320

รูปที่ 4. ADT7320 เวลาตอบสนองความร้อนทั่วไป

สารละลายมีความยืดหยุ่นมากขึ้นทําให้สามารถใช้เทอร์โมคัปเปิลประเภทอื่นเช่นประเภท J หรือ T ในบันทึกวงจรนี้ทางเลือกของ K-type จะถูกนํามาพิจารณาเป็นที่นิยมมากขึ้น เทอร์โมคัปเปิลจริงที่เลือกมีปลายเปลือย จุดเชื่อมต่อการวัดตั้งอยู่ด้านนอกของผนังโพรบและสัมผัสกับสื่อเป้าหมาย

ข้อดีของการใช้ปลายเปลือยคือให้การนําความร้อนที่ดีที่สุดด้วยเวลาตอบสนองที่เร็วที่สุดต้นทุนต่ําและน้ําหนักเบา ข้อเสียคือความไวต่อความเสียหายทางกลและการกัดกร่อน ดังนั้นจึงไม่เหมาะสําหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง อย่างไรก็ตามเมื่อต้องใช้เวลาตอบสนองอย่างรวดเร็วของโอกาสปลายสัมผัสเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุด หากใช้ปลายสัมผัสในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมโซ่สัญญาณอาจต้องแยกด้วยไฟฟ้า ตัวแยกดิจิตอลสามารถใช้เพื่อจุดประสงค์นี้ (ดูwww.analog.com/icoupler)

ADT7320 แตกต่างจากเทอร์มิสเตอร์ทั่วไปหรือเครื่องตรวจจับอุณหภูมิแบบต้านทาน (RTDs) เป็นโซลูชันแบบ plug-and-play ที่ช่วยลดความจําเป็นในการสอบเทียบแบบหลายจุดหลังจากการประกอบบอร์ดและไม่มีโปรแกรมการสอบเทียบหรือการทําให้เป็นเส้นตรงที่ใช้ทรัพยากรตัวประมวลผลหรือหน่วยความจํา การใช้พลังงานโดยทั่วไปเพียง 700μW เมื่อใช้งานที่อุปกรณ์ 3.3 V จะช่วยหลีกเลี่ยงปัญหาการทําความร้อนด้วยตนเองที่ลดความแม่นยําของโซลูชันเซ็นเซอร์ความต้านทานแบบดั้งเดิม

คู่มือการวัดอุณหภูมิที่แม่นยํา

แนวทางต่อไปนี้ทําให้มั่นใจได้ว่า ADT7320 จะวัดอุณหภูมิจุดเชื่อมต่ออ้างอิงได้อย่างถูกต้อง

แหล่งจ่ายไฟ: หาก ADT7320 ใช้พลังงานจากแหล่งจ่ายไฟแบบสลับโหมดอาจมีเสียงรบกวนมากกว่า 50 kHz ซึ่งส่งผลต่อความแม่นยําของอุณหภูมิ เพื่อป้องกันข้อบกพร่องนี้ให้ใช้ตัวกรอง RC ระหว่างแหล่งจ่ายไฟและ VDD ควรพิจารณาค่าส่วนประกอบที่ใช้อย่างระมัดระวังเพื่อให้แน่ใจว่าจุดสูงสุดของเสียงรบกวนของแหล่งจ่ายไฟน้อยกว่า 1 mV

การแยกส่วน: ADT7320 จะต้องมีตัวเก็บประจุแยกวางใกล้เคียงกับ VDD มากที่สุดเพื่อให้แน่ใจว่าการวัดอุณหภูมิที่ถูกต้อง แนะนําให้ใช้ตัวเก็บประจุแบบแยกตัวเช่นเซรามิกความถี่สูง 0.1μF นอกจากนี้ควรใช้ตัวเก็บประจุแยกความถี่ต่ําควบคู่ไปกับตัวเก็บประจุเซรามิกความถี่สูงเช่นตัวเก็บประจุแทนทาลัม 10μF ถึง 50μF

การนําความร้อนสูงสุด: แพคเกจพลาสติกและแผ่นสัมผัสที่ด้านหลัง (GND) เป็นเส้นทางการนําความร้อนหลักจากทางแยกอ้างอิงไปยัง ADT7320 เนื่องจากหน้าสัมผัสทองแดงเชื่อมต่อกับอินพุต ADC แผ่นด้านหลังจึงไม่สามารถเชื่อมต่อได้ในแอปพลิเคชันนี้เนื่องจากการทําเช่นนั้นอาจส่งผลต่ออคติอินพุต ADC

คู่มือการวัดแรงดันไฟฟ้าที่แม่นยํา

แนวทางต่อไปนี้ทําให้มั่นใจได้ว่า AD7793 จะวัดแรงดันไฟฟ้าของหัวต่อที่วัดโดยเทอร์โมคัปเปิลได้อย่างถูกต้อง

การแยกส่วน: AD7793 ต้องมีตัวเก็บประจุแยกวางอยู่ใกล้กับ AVDD และ DVDD มากที่สุดเพื่อให้แน่ใจว่าการวัดแรงดันไฟฟ้าที่ถูกต้อง ควรแยก AVDD เป็น GND โดยการเชื่อมต่อตัวเก็บประจุเซรามิก 0.1 μF ควบคู่ไปกับตัวเก็บประจุแทนทาลัม 10 μF นอกจากนี้ตัวเก็บประจุเซรามิก 0.1 μF ควรเชื่อมต่อควบคู่ไปกับตัวเก็บประจุแทนทาลัม 10 μF เพื่อแยก DVDD เป็น GND สําหรับการอภิปรายเพิ่มเติมเกี่ยวกับเทคนิคสายดินเค้าโครงและการแยกส่วนโปรดดูที่ Tutorial MT-031 และ Tutorial MT-101

การกรอง: อินพุตที่แตกต่างของ AD7793 ใช้เพื่อกําจัดเสียงรบกวนในโหมดที่พบมากที่สุดบนสายเทอร์โมคัปเปิล ตัวอย่างเช่น การวาง R1, R2 และ C3 ซึ่งประกอบเป็นฟิลเตอร์ low-pass ที่แตกต่างกันที่ส่วนหน้าของ AD7793 จะช่วยลดเสียงรบกวนที่ซ้อนทับกันบนหมุดเทอร์โมคัปเปิล ตัวเก็บประจุ C1 และ C2 ให้การกรองโหมดทั่วไปเพิ่มเติม เนื่องจาก AIN (+) และ AIN (-) ของอินพุต ADC เป็นอินพุตที่แตกต่างกันแบบอะนาล็อกแรงดันไฟฟ้าส่วนใหญ่ในตัวปรับสัญญาณอะนาล็อกเป็นแรงดันไฟฟ้าโหมดทั่วไป การปฏิเสธโหมดทั่วไปที่ยอดเยี่ยมของ AD7793 (100 dB นาที) ช่วยลดเสียงรบกวนในโหมดทั่วไปในสัญญาณอินพุตเหล่านี้

โปรแกรมสําหรับแก้ปัญหาอื่นๆ

ต่อไปนี้สรุปวิธีที่โซลูชันนี้จัดการกับความท้าทายอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับเทอร์โมคัปเปิลที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้

การขยายแรงดันไฟฟ้าเทอร์โมคัปเปิล: แรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตเทอร์โมคัปเปิลที่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิในช่วงเพียงไม่กี่ μV ต่อองศา เทอร์โมคัปเปิล K ชนิดทั่วไปที่ใช้ในตัวอย่างนี้มีแอมพลิจูดที่แตกต่างกัน 41 μV / ° C สัญญาณอ่อนนี้ต้องการระยะเกนที่สูงขึ้นก่อนการแปลง ADC แอมพลิฟายเออร์กําไรที่ตั้งโปรแกรมได้ภายใน AD7793 (PGA) ให้กําไรสูงสุด 128 กําไรในโซลูชันนี้คือ 16 ทําให้ AD7793 สามารถเรียกใช้ฟังก์ชันการปรับเทียบแบบเต็มสเกลภายในด้วยการอ้างอิงภายใน

การแก้ไขความไม่เชิงเส้นของเทอร์โมคัปเปิล: AD7793 ให้ความเป็นเส้นตรงที่ยอดเยี่ยมในช่วงอุณหภูมิกว้าง (-40 ° C ถึง + 105 ° C) โดยไม่มีการสอบเทียบหรือการสอบเทียบของผู้ใช้ ในการกําหนดอุณหภูมิเทอร์โมคัปเปิลที่แท้จริงคุณต้องใช้สูตรที่จัดทําโดยสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ (NIST) เพื่อแปลงการวัดอุณหภูมิอ้างอิงเป็นแรงดันไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกที่เทียบเท่ากัน แรงดันไฟฟ้านี้จะถูกเพิ่มลงในแรงดันไฟฟ้าเทอร์โมคัปเปิลที่วัดโดย AD7793 จากนั้นแปลงกลับเป็นอุณหภูมิเทอร์โมคัปเปิลอีกครั้งโดยใช้สูตร NIST อีกวิธีหนึ่งคือเกี่ยวข้องกับการใช้ตารางการค้นหา อย่างไรก็ตาม เพื่อให้ได้ความแม่นยําแบบเดียวกัน การประมวลผลทั้งหมดทําในซอฟต์แวร์ผ่าน EVAL-SDP-CB1Z EVAL-SDP-CB1Z ทําในซอฟต์แวร์

การเปลี่ยนแปลงทั่วไป

สําหรับการใช้งานที่ต้องการความแม่นยําต่ํา AD7792 Σ-Φ ADC 16 บิตสามารถใช้แทน AD7793 ADC 24 Σ-Δ สําหรับการวัดอุณหภูมิอ้างอิงสามารถใช้เซ็นเซอร์อุณหภูมิดิจิตอล ADT7310 ที่มีความแม่นยํา ± 0.5 ° C แทนความแม่นยํา ± 0.25 ° C ADT7320 ทั้ง AD7792 และ ADT7310 รวมอินเทอร์เฟซ SPI

เพิ่ม: ไม่มีของ16,ถนน3,ซานเจียงโซนอุตสาหกรรม, เสิ่นโจว, เจ้อเจียง, ประเทศจีน

รายชื่อผู้ติดต่อ: ericxie

อีเมล:sale@benoelectric.com

ม็อบ: +861598895936

Skype:ericxie123@outlook.com

Wechat & Whatsapp: +8615988295936

เว็บไซต์: wwwของ benoindustry.com