Soluzione di Misurazione della Temperatura mediante Termocoppia Basata su CM1103 e CM1106

01 Introduzione

Quando due conduttori metallici costituiti da materiali diversi sono uniti insieme, si genera una differenza di potenziale alle loro estremità se esiste una differenza di temperatura tra la giunzione e l'estremità di riferimento. Misurando questo potenziale termoelettrico, insieme alla temperatura di riferimento alle estremità dei conduttori e ai parametri caratteristici della termocoppia, è possibile determinare la temperatura effettiva alla giunzione di misura.

Le termocoppie sono economiche, offrono un'ampia gamma di misurazione della temperatura, hanno una struttura semplice e sono facili da utilizzare, il che le rende ampiamente impiegate in diversi ambienti industriali. Lo standard ITS-90 definisce otto tipi comuni di termocoppie con le rispettive gamme di temperatura.

Tra questi, il termocoppia di tipo K è il più utilizzato. Prendendolo come esempio: alla temperatura di misura di –270 °C, la tensione di uscita del termocoppia è –6.458 mV; alla temperatura massima in scala di 1372 °C, la tensione di uscita è 54.886 mV. Lungo tutto il suo intervallo di misura, la tensione di uscita varia di circa 40 µV per ogni variazione di temperatura di 1 °C.

Poiché le tensioni di uscita dei termocoppia sono estremamente ridotte, il condizionamento del segnale e il circuito di acquisizione dati devono garantire un'elevatissima precisione. Inoltre, negli ambienti industriali, i collegamenti tra il termocoppia (TC) e la scheda di acquisizione dati sono spesso lunghi, il che può introdurre un rumore di interferenza in modo comune significativo. Pertanto, durante l'acquisizione e l'elaborazione del segnale, è necessario estrarre e amplificare il segnale differenziale, minimizzando al contempo l'impatto del rumore in modo comune sul segnale differenziale misurato.

02 CM1103 Caratteristiche

• Front-end analogico ADC sigma-delta ad elevata precisione, basso consumo e dimensioni ridotte

• Ampia applicabilità all'acquisizione di segnali per vari sensori, inclusi sensori di temperatura, ottici, liquidi e gassosi

• Frequenza di campionamento fino a 2 kSPS con multiplexer programmabile a 4 canali

• Amplificatore programmabile di guadagno (PGA) che supporta range flessibili di ingresso a fondo scala da ±256 mV a ±6,144 V

• Elevata impedenza di ingresso superiore a 1 MΩ, che consente il collegamento diretto a una vasta gamma di sensori ed elimina la necessità di circuiti aggiuntivi di condizionamento del segnale e di driver ADC

• Risoluzione libera dal rumore bassa fino a 7,81 µV, sufficiente per misurare con precisione le piccole tensioni termoelettriche generate dalle termocoppie

• Rapporto di reiezione al modo comune (CMRR) su canale differenziale superiore a 100 dB, utile per ridurre l'impatto delle interferenze industriali sull'acquisizione del segnale

03 Panoramica della Soluzione

Il CM1103 offre una configurazione flessibile dei canali, con quattro pin di ingresso che supportano fino a due ingressi differenziali o quattro ingressi singoli. Come mostrato nel applicazione in un diagramma, nelle applicazioni pratiche, un canale differenziale può essere utilizzato per collegare il sensore di temperatura a termocoppia, mentre un altro canale singolo può essere collegato a un termistore NTC posizionato vicino alla giunzione fredda. I canali TC e NTC possono essere configurati con guadagni di ingresso e frequenze di campionamento indipendenti, offrendo una grande comodità.

Offriamo anche un altro prodotto, il CM1106, basato sul CM1103 e dotato di un sensore di temperatura integrato. Tramite l'interfaccia SPI, è possibile leggere in tempo reale la temperatura della giunzione del CM1106. Per applicazioni in cui la giunzione fredda si trova vicina al convertitore ADC, la selezione del CM1106 elimina la necessità di un canale aggiuntivo per la misurazione della giunzione fredda, consentendo un numero maggiore di canali di misurazione della temperatura.