Solución de Medición de Temperatura con Termopar Basada en CM1103 y CM1106

01 Introducción

Cuando dos conductores metálicos hechos de materiales diferentes se unen, se genera una diferencia de potencial en sus extremos si existe una diferencia de temperatura entre la unión y el extremo de referencia. Al medir este potencial termoeléctrico, junto con la temperatura de referencia en los extremos de los conductores y los parámetros característicos del termopar, se puede determinar la temperatura real en la unión de medición.

Los termopares son económicos, ofrecen un amplio rango de medición de temperatura, tienen una estructura sencilla y son fáciles de usar, lo que los hace ampliamente utilizados en diversos entornos industriales. El estándar ITS-90 define ocho tipos comunes de termopares junto con sus rangos de temperatura correspondientes.

Entre ellos, el termopar de tipo K es el más ampliamente utilizado. Tomándolo como ejemplo: al medir –270 °C, el voltaje de salida del termopar es de –6.458 mV; a la temperatura a escala completa de 1372 °C, el voltaje de salida es de 54.886 mV. A lo largo de todo su rango de medición, el voltaje de salida cambia aproximadamente 40 µV por cada cambio de 1 °C en la temperatura.

Debido a que los voltajes de salida de los termopares son extremadamente pequeños, el acondicionamiento de señal y los circuitos de adquisición de datos deben ofrecer una muy alta precisión. Además, en entornos industriales, los cables entre el termopar (TC) y la placa de adquisición de datos suelen ser largos, lo que puede introducir ruido significativo de interferencia en modo común. Por lo tanto, durante la adquisición y procesamiento de la señal, es necesario extraer y amplificar la señal diferencial, mientras se minimiza el impacto del ruido en modo común sobre la señal diferencial medida.

02 CM1103 Características

• Front-end analógico de conversor sigma-delta ADC de baja potencia, alta precisión y factor de forma pequeño

• Ampliamente aplicable a la adquisición de señales para diversos sensores, incluyendo sensores de temperatura, ópticos, líquidos y de gas

• Frecuencia de muestreo hasta 2 kSPS con multiplexación programable de 4 canales

• Amplificador de ganancia programable (PGA) que admite rangos de entrada de escala completa flexibles desde ±256 mV hasta ±6,144 V

• Impedancia de entrada alta mayor a 1 MΩ, lo que permite la conexión directa a una amplia gama de sensores y elimina la necesidad de circuitos adicionales de acondicionamiento de señal y drivers del ADC

• Resolución libre de ruido tan baja como 7,81 µV, suficiente para medir con precisión los voltajes termoeléctricos muy pequeños generados por termopares

• Relación de rechazo al modo común (CMRR) en canales diferenciales superior a 100 dB, lo que ayuda a reducir el impacto de las interferencias industriales en la adquisición de señales

03 Resumen de la solución

El CM1103 ofrece configuración flexible de canales, con cuatro pines de entrada que admiten hasta dos entradas diferenciales o cuatro entradas unipolares. Como se muestra en el aplicación en un diagrama, en aplicaciones prácticas, se puede utilizar un canal diferencial para conectar el sensor de temperatura de termopar, mientras que otro canal simple puede conectarse a un termistor NTC colocado cerca de la unión fría. Los canales TC y NTC pueden configurarse con ganancia de entrada e tasas de muestreo independientes, lo que proporciona una gran comodidad.

También ofrecemos otro producto, el CM1106, que se basa en el CM1103 y añade un sensor de temperatura integrado. A través de la interfaz SPI, se puede leer en tiempo real la temperatura de la unión del CM1106. Para aplicaciones en las que la unión fría está ubicada cerca del ADC, seleccionar el CM1106 elimina la necesidad de un canal adicional de medición de unión fría, permitiendo un mayor número de canales de medición de temperatura.