Решение для измерения температуры с использованием термопары на основе CM1103 и CM1106

01 Введение

Когда два металлических проводника, изготовленные из различных материалов, соединяются вместе, на их концах возникает разность потенциалов, если между местом соединения и опорным концом существует разница температур. Измеряя эту термоэлектрическую ЭДС, а также опорную температуру на концах проводников и характеристические параметры термопары, можно определить фактическую температуру в точке измерения.

Термопары недороги, обеспечивают широкий диапазон измерения температур, имеют простую конструкцию и удобны в использовании, что делает их широко применяемыми в различных промышленных средах. Стандарт ITS-90 определяет восемь распространённых типов термопар и соответствующие им диапазоны температур.

Среди них термопара типа K является наиболее широко используемой. В качестве примера: при измерении –270 °C выходное напряжение термопары составляет –6,458 мВ; при максимальной температуре диапазона 1372 °C выходное напряжение равно 54,886 мВ. По всему диапазону измерений выходное напряжение изменяется примерно на 40 мкВ при изменении температуры на 1 °C.

Поскольку выходные напряжения термопар чрезвычайно малы, схемы обработки сигналов и сбора данных должны обеспечивать очень высокую точность. Кроме того, в промышленных условиях провода между термопарой (ТП) и платой сбора данных часто имеют большую длину, что может вызвать значительный уровень синфазных помех. Поэтому при получении и обработке сигнала необходимо выделить и усилить дифференциальный сигнал, одновременно минимизируя влияние синфазных помех на измеряемый дифференциальный сигнал.

02 CM1103 Особенности

• Маломощный, высокоточный, компактный аналоговый интерфейс с АЦП сигма-дельта

• Широкое применение для сбора сигналов от различных датчиков, включая датчики температуры, оптические, жидкостные и газовые

• Частота выборки до 2 квыб/с с 4-канальным программируемым мультиплексированием

• Программируемый усилитель (PGA) с поддержкой гибких диапазонов полной шкалы входного сигнала от ±256 мВ до ±6,144 В

• Высокий входной импеданс более 1 МОм, что позволяет напрямую подключать разнообразные датчики и исключает необходимость дополнительных схем условной обработки сигнала и драйверов АЦП

• Разрешение без шума до 7,81 мкВ, что достаточно для точного измерения очень малых термоэлектрических напряжений, генерируемых термопарами

• Коэффициент подавления синфазного сигнала (КПСС) дифференциального канала более 100 дБ, что помогает уменьшить влияние промышленных помех на сбор сигналов

03 Обзор решения

CM1103 предлагает гибкую конфигурацию каналов: четыре входных вывода поддерживают до двух дифференциальных входов или четырех однополярных входов. Как показано на применение на практике один дифференциальный канал можно использовать для подключения датчика температуры термопары, а другой однополярный канал — к термистору NTC, расположенному вблизи холодного спая. Каналы ТП и NTC могут быть настроены с независимым коэффициентом усиления входного сигнала и частотой дискретизации, что обеспечивает большое удобство.

Мы также предлагаем другое изделие — CM1106, которое основано на CM1103 и дополнительно включает встроенный датчик температуры. Через интерфейс SPI можно в режиме реального времени считывать температуру перехода CM1106. В тех приложениях, где холодный спай расположен вблизи АЦП, использование CM1106 устраняет необходимость во внешнем канале измерения температуры холодного спая, что позволяет увеличить количество каналов измерения температуры