Рішення вимірювання температери термопари на основі CM1103 та CM1106

01 Введення

Коли два металеві провідники з різних матеріалів з'єднуються разом, на їх кінцях виникає різниця потенціалів, якщо існує різниця температур між місцем з'єднання та опорним кінцем. Виміряючи цей термоелектричний потенціал разом із опорною температурою на кінцях провідників та характеристиками параметрів термопари, можна визначити фактичну температуру в місці вимірювання.

Термопари є недорогими, забезпечують широкий діапазон вимірювання температири, мають просту конструкцію та прості у використанні, що робить їх поширеними в різних промислових середовищах. Стандарт ITS-90 визначає вісім звичайних типів термопар разом із відповідними діапазонами температири.

Серед них, термопара типу K є найпоширенішою. Наведемо приклад: при вимірюванні –270 °C вихідна напруга термопари становить –6,458 мВ; при максимальній температурі 1372 °C вихідна напруга становить 54,886 мВ. У всьому діапазоні вимірювань вихідна напруга змінюється приблизно на 40 мкВ на кожну зміну температури на 1 °C.

Оскільки вихідні напруги термопари дуже малі, схема умовлення сигналу та збирання даних повинна забезпечувати дуже високу точність. Крім того, у промислових умовах проводи між термопарою (ТП) та платою збирання даних часто довгі, що може вносити значний шум у вигляді спільного режимлу. Тому під час збирання та обробки сигналу необхідно витягнути та підсилити диференційний сигнал, мінімізуючи вплив шуму спільного режимлу на вимірюваний диференційний сигнал.

02 CM1103 Особливості

• Низькопотужний, високоточний, компактний аналоговий фронт-енд сигма-дельта АЦП

• Широко застосовується для збирання сигналів від різних датчиків, у тому числі температурних, оптичних, рідинних і газових

• Частота дискретизації до 2 кСПІ з 4-канальним програмованим мультиплексуванням

• Програмований підсилювач із підсиленням (ППІ), що підтримує гнучкі діапазони повного входу від ±256 мВ до ±6,144 В

• Високий вхідний опір понад 1 МОм, що дозволяє безпосередньо підключати широкий спектр датчиків і усуває необхідність у додаткових схемах обробки сигналів та драйверах АЦП

• Роздільна здатність без шуму до 7,81 мкВ, чого достатньо для точного вимірювання дуже малих термоелектричних напруг, створюваних термопарами

• Коефіцієнт подавлення синфазного сигналу (КПСС) диференційного каналу понад 100 дБ, що допомагає зменшити вплив промислових перешкод на збирання сигналів

03 Огляд рішення

CM1103 пропонує гнучку конфігурацію каналів: чотири вхідні виводи підтримують до двох диференційних або чотирьох несиметричних входів. Як показано на застосування на схемі, у практичних застосуваннях, один диференційний канал можна використовувати для підключення датчика температури термопари, тоді як інший одиночний канал можна підключити до терміста NTC, розташованого близько до холодного з'єднання. Канали ТП та NTC можна налаштувати з незалежними коефіцієнтами підсилення та частотами вибірок, що забезпечує великий зручність.

Ми також пропонуємо інший продукт, CM1106, який базується на CM1103 і має вбудований датчик температури. Через інтерфейс SPI можна у реальному часі читати температуру з'єднання CM1106. Для застосувань, у яких холодне з'єднання розташоване близько до АЦП, вибір CM1106 усуває потребу додаткового каналу вимірювання холодного з'єднання, що дозволяє збільшити кількість каналів вимірювання температури.