Oplossing voor temperingsmeting met thermokoppel gebaseerd op CM1103 en CM1106

01 Inleiding

Wanneer twee metalen geleiders van verschillende materialen met elkaar worden verbonden, ontstaat er een potentiaalverschil aan hun uiteinden als er een temperatuurverschil is tussen de verbinding en het referentie-einde. Door deze thermoelektrische spanning te meten, samen met de referentietemperatuur aan de uiteinden van de geleiders en de karakteristieke parameters van de thermokoppel, kan de werkelijke temperatuur aan het meetpunt worden bepaald.

Thermokoppels zijn goedkoop, bieden een breed temperatuurmeetbereik, hebben een eenvoudige structuur en zijn gemakkelijk in gebruik, waardoor ze op grote schaal worden toegepast in diverse industriële omgevingen. De ITS-90-standaard definieert acht gangbare typen thermokoppels, samen met hun bijbehorende temperatuurbereiken.

Daaronder is de K-type thermokoppel het meest gebruikelijk. Als voorbeeld: bij het meten van –270 °C bedraagt de uitgangsspanning van de thermokoppel –6,458 mV; bij de volledige schaaltemperatuur van 1372 °C is de uitgangsspanning 54,886 mV. Over het gehele meetbereik verandert de uitgangsspanning ongeveer 40 µV per 1 °C temperatuursverandering.

Omdat de uitgangsspanningen van thermokoppels uiterst klein zijn, moet de signaalconditionering en de gegevensacquisitie-elektronica zeer hoge precisie bieden. Bovendien zijn in industriële omgevingen de verbindingen tussen de thermokoppel (TC) en het gegevensacquisitiebord vaak lang, wat aanzienlijke common-mode storingsruis kan veroorzaken. Daarom is het tijdens signaalacquisitie en -verwerking noodzakelijk het differentiaalsignaal te extraheren en te versterken, terwijl de invloed van common-mode ruis op het gemeten differentiaalsignaal tot een minimum wordt beperkt.

02 CM1103 Kenmerken

• Laagvermogen, hoogwaardig, compact sigma-delta ADC-analoog front-end

• Wijd toepasbaar voor signaalacquisitie van diverse sensoren, inclusief temperatuur-, optische, vloeistof- en gassensoren

• Bemonsteringssnelheid tot 2 kSPS met 4-kanaals programmeerbare multiplexing

• Programmeerbare versterkingsversterker (PGA) die flexibele volledige ingangsbereiken van ±256 mV tot ±6,144 V ondersteunt

• Hoge ingangsweerstand groter dan 1 MΩ, waardoor directe aansluiting op een breed scala aan sensoren mogelijk is en geen extra signaalconditionering of ADC-stuurcircuits nodig zijn

• Ruisvrije resolutie van slechts 7,81 µV, voldoende voor nauwkeurige meting van de zeer kleine thermoelektrische spanningen gegenereerd door thermokoppels

• Differentiële kanaal common-mode-rejectieverhouding (CMRR) van meer dan 100 dB, waardoor de invloed van industriële storingen op signaalacquisitie wordt verminderd

03 Oplossingsoverzicht

De CM1103 biedt flexibele kanaalconfiguratie, met vier ingangspinnen die ondersteuning bieden voor maximaal twee differentiële ingangen of vier enkelvoudige ingangen. Zoals weergegeven in de toepassing in praktische toepassingen kan één differentiële kanaal worden gebruikt om de thermokoppeltemperatiesensor aan te sluiten, terwijl een ander enkelvoudig kanaal kan worden verbonden met een NTC-thermistor geplaatst in de buurt van de koude verbinding. De TC- en NTC-kanalen kunnen worden geconfigureerd met onafhankelijke ingangsversterking en bemonsteringsfrequenties, wat veel gemak biedt.

We bieden ook een ander product aan, de CM1106, die is gebaseerd op de CM1103 en een temperatiesensor op de chip toevoegt. Via de SPI-interface kan de verbindingstemperatuur van de CM1106 in real time worden uitgelezen. Voor toepassingen waarbij de koude verbinding zich dichtbij de ADC bevindt, maakt het kiezen van de CM1106 een extra kanaal voor koude-verbindingmeting overbodig, waardoor een groter aantal temperatuurmetingen mogelijk is.