CM1103およびCM1106に基づく熱電対温度測定ソリューション

01 はじめに

異なる材料で作られた2つの金属導体を接合すると、接合部と基準端の間に温度差がある場合、その両端に起電力が発生します。この熱起電力を、導体端の基準温度および熱電対の特性パラメータとともに測定することにより、測定接合部における実際の温度を決定できます。

熱電対は安価であり、広い温度測定範囲を持ち、構造が簡単で取り扱いが容易なため、さまざまな工業環境で広く使用されています。ITS-90規格では、8種類の一般的な熱電対タイプとそれぞれに対応する温度範囲を定義しています。

その中で、K型熱電対は最も広く使用されている。例として挙げると、–270 °Cを測定する場合、熱電対の出力電圧は–6.458 mVである。全スケール温度1372 °Cでは、出力電圧は54.886 mVである。測定範囲全体にわたり、温度が1 °C変化するごとに、出力電圧は約40 µV変化する。

熱電対の出力電圧は非常に小さいため、信号処理およびデータ収集回路は非常に高い精度を提供する必要がある。さらに、工業環境では、熱電対（TC）とデータ収集ボードとの間のリード線が長くなることが多く、これにより大きな共通モード干渉ノイズが発生する可能性がある。したがって、信号の取得および処理においては、差動信号を抽出・増幅すると同時に、共通モードノイズが測定対象の差動信号に与える影響を最小限に抑える必要がある。

02 CM1103 機能

• 低消費電力、高精度、小型のシグマデルタADCアナログフロントエンド

• 温度、光学、液体、ガスセンサーなど、さまざまなセンサーの信号取得に広く適用可能

• 最大2 kSPSのサンプリングレートを実現し、4チャネルのプログラマブルマルチプレクシングに対応

• プログラム可能なゲインアンプ（PGA）を搭載し、±256 mVから±6.144 Vまでの柔軟なフルスケール入力範囲をサポート

• 1 MΩを超える高入力インピーダンスにより、多数のセンサーに直接接続可能で、追加の信号整形回路やADCドライバ回路が不要

• ノイズのない分解能は最小7.81 µVまで到達し、サーモカップルが発生する非常に小さな起電力の正確な測定が可能

• 差動チャネルのコモンモード除去比（CMRR）は100 dBを超え、産業用環境における干渉の影響を低減

03 ソリューション概要

CM1103は柔軟なチャネル構成を提供し、4つの入力ピンで最大2つの差動入力または4つのシングルエンド入力をサポート。以下に示すように 応用 実用的なアプリケーションでは、一方の差動チャネルを熱電対温度センサーに接続し、もう一方のシングルエンドチャネルを冷接点の近くに配置されたNTCサーミスタに接続できます。TCチャネルとNTCチャネルは、独立した入力ゲインおよびサンプリングレートで構成可能であり、非常に便利です。

また、CM1103をベースにチップ内温度センサーを追加した別の製品CM1106も提供しています。SPIインターフェースを通じて、CM1106の接合部温度をリアルタイムで読み取ることができます。ADCの近くに冷接点が配置されるアプリケーションでは、CM1106を選択することで、追加の冷接点測定チャネルが不要になり、より多くの温度測定チャネルを実現できます。