3 کانال ترموکوپل سیستم اندازه گیری درجه حرارت، دقت مدار 0.25 درجه سانتی گراد
توابع مدار و مزایای
مدار در شکل 1 فراهم می کند بسیار دقیق, چند کاناله راه حل اندازه گیری ترموکوپل. اندازه گیری های دقیق ترموکوپل نیاز به استفاده از اجزای دقیق برای تشکیل یک زنجیره سیگنال دارد که ولتاژهای ترموکوپل ضعیف را تقویت می کند، نویز را کاهش می دهد، غیر خطی ها را اصلاح می کند، و جبران اتصال مرجع دقیق (که معمولاً به آن غرامت اتصال سرد گفته می شود) را فراهم می کند. این مدار تمام این مسائل را در اندازه گیری دمای ترموکوپل حل می کند و دارای دقت ± ۰٫۲۵ درجه سانتی گراد است.
مدار در شکل ۱ اتصال سه ترموکوپل نوع K به مبدل آنالوگ به دیجیتال سیگما-دلتا با دقت AD7793 را برای اندازه گیری ولتاژ ترموکوپل نشان می دهد. از آنجا که یک ترموکوپل یک دستگاه دیراقی است به جای یک دستگاه اندازه گیری دمای مطلق، شما باید دمای اتصال مرجع را بدانید تا خوانش های دقیق دمای مطلق به دست آورید. این فرایند به عنوان غرامت اتصال مرجع شناخته می شود و معمولاً به عنوان غرامت اتصال سرد گفته می شود. در این مدار از سنسور دقیق دمای دیجیتال ADT7320 16 بیتی برای اندازه گیری مرجع اتصال سرد استفاده می شود و دقت مورد نیاز را فراهم می کند.
این نوع کاربرد برای اندازه گیری های دقیق دما که نیاز به مقرون به صرفه بیش از یک محدوده دمای گسترده ارائه شده توسط ترموکوپل ها بسیار محبوب است.
مدار در شکل ۱ اتصال سه ترموکوپل نوع K به مبدل آنالوگ به دیجیتال سیگما-دلتا با دقت AD7793 را برای اندازه گیری ولتاژ ترموکوپل نشان می دهد. از آنجا که یک ترموکوپل یک دستگاه دیراقی است به جای یک دستگاه اندازه گیری دمای مطلق، شما باید دمای اتصال مرجع را بدانید تا خوانش های دقیق دمای مطلق به دست آورید. این فرایند به عنوان غرامت اتصال مرجع شناخته می شود و معمولاً به عنوان غرامت اتصال سرد گفته می شود. در این مدار از سنسور دقیق دمای دیجیتال ADT7320 16 بیتی برای اندازه گیری مرجع اتصال سرد استفاده می شود و دقت مورد نیاز را فراهم می کند.
این نوع کاربرد برای اندازه گیری های دقیق دما که نیاز به مقرون به صرفه بیش از یک محدوده دمای گسترده ارائه شده توسط ترموکوپل ها بسیار محبوب است.
شکل 1. سیستم اندازه گیری ترموکوپل چند کاناله (نمودار شماتیک: برای تمام اتصالات و دکوپلینگ نشان داده نشده است)
شرح مدار
مدار در شکل ۱ برای اندازه گیری همزمان سه ترموکوپل نوع K با استفاده از ADT7320 طراحی شده است، یک دقت ± ۰٫۲۵ درجه سانتی گراد، حسگر دمای SPI ۱۶ بیتی.
اندازه گیری ولتاژ ترموکوپل
کانکتور و فیلتر ترموکوپل به عنوان رابط بین ترموکوپل و AD7793 ADC استفاده می شود. هر کانکتور (J1، J2، و J3) به طور مستقیم به مجموعه ای از ورودی های دی دی اف ال ADC متصل است. فیلتر روی ورودی AD7793، قبل از اینکه سیگنال به ورودی های AIN ADC (+) و AIN (-) برسد، نویز ابرتقسیم شده بر روی هر سنجاق ترموکوپل را کاهش می دهد. AD7793 یک مالتی پلکسر بر روی تراشه، یک بافر، و تقویت کننده ابزار دقیق را برای تقویت سیگنال های ولتاژ کوچک از تقاطع های ترموکوپل ادغام می کند.
اندازه گیری اتصال سرد
ADT7320 دقت 16 بیت سنسور درجه حرارت دیجیتال اندازه گیری مرجع اتصال درجه حرارت (اتصال سرد) با دقت ± 0.25 درجه سانتی گراد بیش از -20 درجه سانتی گراد به + 105 درجه سانتی گراد محدوده درجه حرارت. ADT7320 به طور کامل کالیبره کارخانه است و نیاز به کالیبراسیون کاربر ندارد. این شامل یک مرجع دمای باندگاپ، یک حسگر دما و یک ADC سیگما-دلتا ۱۶ بیتی برای اندازه گیری دما و تبدیل دیجیتال با وضوح ۰٫۰۰۷۸ درجه سانتی گراد است.
هر دو AD7793 و ADT7320 توسط رابط SPI با استفاده از پلت فرم تظاهرات سیستم (EVAL-SDP-CB1Z) کنترل می شوند. علاوه بر این، این دو دستگاه را می توان توسط میکروکنترلر نیز کنترل کرد.
شکل 2. EVAL-CN0172-SDPZ مدار هیئت ارزیابی
شکل 2 نشان می دهد EVAL - CN0172 - SDPZ مدار هیئت مدیره ارزیابی با سه K نوع اتصال ترموکوپل. AD7793 ADC، و سنسور دمای ADT7320 بین دو کنتراست مسی یک برد مدار چاپی انعطاف پذیر فردی (PCB) در دمای مرجع نصب شده اند.
شکل ۳ یک دید جانبی از ADT7320 نصب شده بر روی یک PCB انعطاف پذیر جداگانه است که بین دو کنتراست مسی کانکتور ترموکوپل قرار داده شده است. PCB انعطاف پذیر در شکل 3 نازک تر و انعطاف پذیرتر از PCBs FR4 کوچکتر است. این اجازه می دهد تا ADT7320 به هوشمندانه بین تماس های مسی اتصال ترموکوپل نصب شده برای به حداقل رساندن گرادیان دما بین اتصال مرجع و ADT7320.
شکل 3. دید جانبی ADT7320 نصب شده بر روی PCB انعطاف پذیر
PCB کوچک و نازک انعطاف پذیر نیز ADT7320 را قادر می سازد تا به سرعت به تغییرات دما در تقاطع مرجع پاسخ دهد. شکل 4 زمان پاسخ حرارتی معمولی ADT7320 را نشان می دهد.
شکل 4. ADT7320 معمولی زمان پاسخ حرارتی
راه حل انعطاف پذیرتر است که اجازه استفاده از انواع دیگر ترموکوپل ها مانند نوع J یا نوع T را می دهد. در این مدار توجه داشته باشید، انتخاب نوع K در نظر گرفته شده است محبوب تر آن است. ترموکوپل واقعی انتخاب شده دارای نوک برهنه است. محل اتصال اندازه گیری در خارج از دیواره کاوشگر قرار دارد و در معرض محیط هدف قرار می گیرد.
مزیت استفاده از نوک لخت این است که بهترین هدایت حرارتی را با سریع ترین زمان پاسخ، هزینه کم و وزن سبک فراهم می کند. نزولی مستعد آسیب مکانیکی و خوردگی است. بنابراین برای محیط های خشن مناسب نیست. با این حال، هنگامی که نیاز به زمان پاسخ سریع از مناسبت، نوک در معرض بهترین انتخاب است. اگر یک نوک در معرض در یک محیط صنعتی استفاده شود، زنجیره سیگنال ممکن است نیاز به جداسازی الکتریکی داشته باشد. از ایزولاتورهای دیجیتال می توان برای این منظور استفاده کرد (نگاه کنید به www.analog.com/icoupler).
بر خلاف ترمیستورهای معمولی یا آشکارسازهای دمای مقاومتی (RTDs)، ADT7320 یک راه حل کاملاً پلاگین و بازی است که نیاز به کالیبراسیون چند نقطه ای را پس از مونتاژ تخته و بدون کالیبراسیون یا برنامه خطی سازی که منابع پردازنده یا حافظه را مصرف می کند، از بین می برد. مصرف برق معمولی آن تنها 700μW زمانی که در منابع 3.3 V عمل اجتناب از مشکل خود گرمایش است که کاهش دقت راه حل های سنسور مقاومتی سنتی.
راهنمای دقیق اندازه گیری دما
دستورالعمل های زیر اطمینان حاصل می کنند که ADT7320 دمای اتصال مرجع را به دقت اندازه گیری می کند.
منبع تغذیه: اگر ADT7320 از یک منبع تغذیه حالت سوئیچ شده تغذیه شود، ممکن است بیش از ۵۰ کیلوهرتز نویز تولید شود که بر دقت دما تأثیر می گذارد. برای جلوگیری از این نقص از فیلتر RC بین منبع تغذیه و VDD استفاده کنید. مقادیر جزء مورد استفاده باید به دقت در نظر گرفته شود تا اطمینان حاصل شود که قله های نویز عرضه کمتر از ۱ میلی ولت هستند
Decoupling: ADT7320 باید یک کپسول دکوپلینگ داشته باشد که تا حد امکان نزدیک به VDD قرار داده شده تا اندازه گیری های دقیق دما تضمین شود. یک کپسول دکوپلینگ مانند یک نوع سرامیکی با فرکانس بالا ۰٫۱μF توصیه می شود. علاوه بر این، یک کپسول دکوپلینگ با فرکانس پایین باید به موازات یک کپسول سرامیکی با فرکانس بالا، مانند یک کپسول تانتال ۱۰μF تا ۵۰μF مورد استفاده قرار گیرد.
حداکثر هدایت حرارت: بسته پلاستیکی و پد در معرض در پشت (GND) مسیر هدایت حرارتی اولیه از اتصال مرجع به ADT7320 است. از آنجا که کنت های مسی به ورودی های ADC متصل هستند، پدهای سمت عقب نمی توانند در این کاربرد به هم متصل شوند زیرا انجام این کار می تواند بر سوگیری ورودی ADC تأثیر بگذارد.
راهنمای دقیق اندازه گیری ولتاژ
دستورالعمل های زیر اطمینان حاصل می کنند که AD7793 ولتاژ اتصال اندازه گیری شده توسط ترموکوپل را به دقت اندازه گیری می کند.
Decoupling: AD7793 باید یک کپسول دکوپلینگ داشته باشد که تا حد امکان نزدیک به AVDD و DVDD قرار داده شده تا اندازه گیری های دقیق ولتاژ تضمین شود. AVDD باید با اتصال یک کپسول سرامیکی ۰٫۱ میکروف به موازات یک کپسول تانتال ۱۰ میکروف به GND جدا شود. علاوه بر این، یک کپسول سرامیکی ۰٫۱ میکروف باید به موازات یک کپسول تانتال ۱۰ میکروف متصل شود تا دی وی دی را به GND دکوپل کند. برای بحث بیشتر از زمینه سازی، چیدمان، و تکنیک های decoupling، به آموزش MT-031 و آموزش MT-101 مراجعه کنید
فیلترینگ: ورودی دی دی ۷۷۹۳ AD793 برای از بین بردن بیشتر نویز حالت رایج بر روی خطوط ترموکوپل استفاده می شود. به عنوان مثال قرار دادن R1، R2 و C3 که فیلتر کم پاس دی تفاوتی را تشکیل می دهند، در انتهای جلوی AD7793 نویز ابرایمضاب احتمالی بر روی سنجاق های ترموکوپل را از بین می برد. کپسول های C1 و C2 فیلترینگ حالت مشترک اضافی را فراهم می کنند. از آنجا که AIN (+) و AIN (-) ورودی ADC ورودی های دیرینه آنالوگ هستند، بیشتر ولتاژهای مدولاتور آنالوگ ولتاژهای حالت مشترک هستند. رد حالت مشترک عالی AD7793 (100 dB min) بیشتر نویز حالت مشترک را در این سیگنال های ورودی از بین می برد.
برنامه برای حل مشکلات دیگر
در ادامه خلاصه می شود که چگونه این راه حل به دیگر چالش های مربوط به ترموکوپل که پیش از این ذکر شده بود می پردازد.
تقویت ولتاژ ترموکوپل: ولتاژ خروجی ترموکوپل با تغییرات دما در محدوده تنها چند میکرو ولت در هر درجه. ترموکوپل نوع رایج K که در این مثال استفاده می شود دامنه مختلفی از ۴۱ میکرو ولت / درجه سانتی گراد دارد. این سیگنال ضعیف قبل از تبدیل ADC نیاز به مرحله بهره بالاتری دارد. تقویت کننده بهره قابل برنامه ریزی داخلی AD7793 (PGA) حداکثر سود ۱۲۸ را فراهم می کند. سود در این راه حل ۱۶ است که به AD7793 اجازه می دهد تا یک تابع کالیبراسیون تمام عیار داخلی را با یک مرجع داخلی اجرا کند.
Thermocouple Nonlinearity Correction: The AD7793 offers excellent linearity over a wide temperature range (-40 ° C to + 105 ° C) without user calibration or calibration. به منظور تعیین دمای ترموکوپل واقعی، شما باید از فرمول ارائه شده توسط موسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) برای تبدیل اندازه گیری دمای مرجع به ولتاژ ترموالکتریک معادل استفاده کنید. این ولتاژ به ولتاژ ترموکوپل اندازه گیری شده توسط AD7793 اضافه می شود و سپس دوباره با استفاده از فرمول NIST دوباره به دمای ترموکوپل تبدیل می شود. رویکرد دیگری شامل استفاده از میزهای نگاه کردن است. با این حال، برای به دست آوردن همان دقت، اندازه جدول lookup ممکن است به طور قابل توجهی متفاوت باشد، که نیاز به کنترل کننده میزبان برای اختصاص منابع ذخیره سازی اضافی برای آن دارد. تمام پردازش ها در نرم افزار از طریق EVAL-SDP-CB1Z انجام می شود. EVAL-SDP-CB1Z در نرم افزار انجام می شود.
تغییرات رایج
برای کاربردهایی که نیاز به دقت پایین دارند، می توان از AD7792 16 بیتی Δ-Δ ADC به جای AD7793 24 بیتی Δ ADC استفاده کرد. برای اندازه گیری دمای مرجع، یک سنسور دمای دیجیتال ADT7310 با دقت ± 0.5 درجه سانتی گراد می تواند به جای دقت ± 0.25 درجه سانتی گراد ADT7320 هر دو AD7792 و ADT7310 یکپارچه رابط SPI استفاده شود
اضافه کردن: شماره 16, جاده 3, منطقه صنعت سانجیانگ, شنگژو, ژجیانگ, چین
تماس با ما:اریک کسی
ایمیل:sale@benoelectric.com
اوباش: +861598895936
اسکایپ:ericxie123@outlook.com
Wechat & Whatsapp: +8615988295936
وب سایت:www.benoindustry.com
