Pomiar temperatury o wysokiej dokładności

r_1

Wzmacniacz termopary AD8494 zawiera wbudowany czujnik temperatury, zwykle używany do kompensacji zimnego złącza, umożliwiający używanie go, jako samodzielny termometr mierzący w stopniach Celsjusza poprzez podłączenie termopary do masy.
W tej konfiguracji wzmacniacz wytwarza napięcie wyjściowe 5mV/°C między wyjściem a (normalnie podłączonymi do masy) pinami referencyjnymi wbudowanego wzmacniacza pomiarowego.
Wadą tego podejścia jest mała dokładność przy pomiarach w wąskim zakresie temperatur.
Rozważmy następujący przypadek: 10-bitowy przetwornik ADC działający przy pojedynczym zasilaniu 5V ma rozdzielczość 4.88mV/LSB (najmniej znaczący bit).

r_2
Oznacza to, że układ przedstawiony na rys. 1 ma rozdzielczość (dokładność) około 1°C/LSB.
Jeśli interesujący nas zakres temperatur jest wąski, powiedzmy 20°C, sygnał wyjściowy zmienia się o 100mV, wykorzystując tylko 1/50 dostępnego zakresu dynamicznego przetwornika ADC.
Układ przedstawiony na rysunku 2 rozwiązuje ten problem. Podobnie jak poprzednio, wzmacniacz wytwarza napięcie 5mV/°C między wyprowadzeniem wyjściowym a pinami referencyjnymi wzmacniacza pomiarowego.
Teraz jednak pin referencyjny sterowany jest przez wzmacniacz operacyjny AD8538 (skonfigurowany, jako wtórnik emiterowy o wzmocnieniu równym 1), więc napięcie 5mV/°C pojawia się na rezystorze R1.

r_3Prąd przepływający przez rezystor R1 przepływa również przez rezystor R2, generując napięcie zależne od zmiany temperatury na połączonych szeregowo rezystorach o wartość (R1 + R2)/R1 razy większe niż napięcie na rezystorze R1.
Przy przedstawionych na rysunku wartościach nominalnych elementów, napięcie wyjściowe zmienia się o 20 × 5 mV/°C = 100 mV/°C, więc zmiana temperatury systemu o 1°C/LSB w temperaturze 20°C powoduje zmianę napięcia wyjściowego o 2V.
Nowe ulepszenie o 0.05 20: 1 w stosunku do oryginalnego układu.
Buforuje sieć rezystorów, sterując pin referencyjny niską impedancją, aby zachować tłumienie sygnału wspólnego i zmniejszenie błędu wzmocnienia.
Należy zachować ostrożność, aby dopasować czułość systemu do pożądanego zakresu temperatury.
Na przykład, gdy napięcie wyjściowe wynosi 2.5V przy 25°C, system może dokładnie mierzyć temperaturę od 5°C do 45°C, ponieważ napięcie wyjściowe zmienia się od 0.5V do 4.5V.
Obwód taki jak ten pokazany na rys. 3 oferuje wyższą czułość i konfigurowalne zakresy temperatur.
Dzielnik rezystancyjny utworzony przez rezystory R3 i R4 symuluje napięcie termopary wymagane do przesunięcia wzmacniacza, wyzerowując jego napięcie wyjściowe na pożądanym poziomie.
Jeśli napięcie VDD jest obarczone szumem, precyzyjne napięcie odniesienia i obwód dzielnika mogą być wykorzystane do zapewnienia czystszego sygnału, czyli dokładniejszej regulacji przesunięcia.
Jak pokazano, układ ma napięcie wyjściowe około 0.05V w temperaturze 25°C, czułość 100 mV/°C (rozdzielczość 0.05°C/LSB) i zakres roboczy od około 25°C do 75°C.
Wzmacniacz AD8494 ma początkowy błąd przesunięcia od ± °C do ±3°C, więc użytkownik musi uwzględnić kalibrację przesunięcia, aby poprawić absolutną dokładność. Autorzy: Moshe Gerstenhaber, Michael O’Sullivan

pełny materiał w pliku pdf

Komentarze z Facebooka

Komentarze obecnie - OFF.