СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 2011-1

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 38 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 1 2011 Корректировка нелинейности . Мик росхемаADT7320обеспечиваетпревос ходную линейность в своём паспорт номдиапазоне температур (–40…125 ° C), не требующую коррекции или калиб ровки пользователем. Её цифровой вы ход, таким образом, может считаться точнымпредставлениемсостояния эта лонного спая. Чтобыопределитьфакти ческуютемпературу термопары, этоэта лонноеизмерение температурыдолжно быть преобразовано в эквивалентное термоэлектрическое напряжение при помощи уравнений, предоставленных Национальныминститутомстандартов и технологии (NIST). Затем это напря жение добавляется к напряжению тер мопары, измеренному микросхемой AD7793, а итог переводится обратно в температуру термопары, снова при по мощи уравнений NIST. Эксплуатируйтеизолированныеи за землённыетермопары . Рисунок 8пока зывает термопару с незащищённым (открытым) наконечником. Этообеспе чивает наилучшее время отклика, но аналогичная конфигурация также мог ла бы использоваться и вместе с термо паройснезащищённымнаконечником. Таблица 3 суммирует характеристи ки схемы измерения эталонного спая на основе программных средств с ис пользованием информации NIST. З АКЛЮЧЕНИЕ Термопары позволяют надёжно из мерять температуру в достаточно ши роком диапазоне, но инженеры часто отказываются от их использования из за неизбежного компромисса между временем разработки и точностьюиз мерения. Статья предлагает экономи чески эффективные способыразреше ния этих проблем. Первое решение сосредотачивает ся на уменьшении сложности изме рения посредством технологии аппа ратной аналоговой компенсации эталонного спая. Это приводит к простому сигнальному тракту, не тре бующему программирования, с учё том интеграции, предоставленной усилителем термопары AD8495, обес печивающего выход сигнала 5 мВ/ ° C, который может быть подан на анало говый вход разнообразных микроко нтроллеров. Второе решение обеспечивает высо чайшую точность измерения и также позволяет использовать различные ти пытермопар. Технология компенсации эталонного спая программным спосо бом опирается на высокоточный циф ровой датчик температуры ADT7320, чтобы обеспечить более точное изме рение компенсации эталонного спая, недостижимое до сегодняшнего дня. Микросхема ADT7320 поставляется полностьюоткалиброванной и по тех ническим условиям соответствует диа пазону температур –40…125 ° C. Абсо лютно понятная, в отличие от измере ния традиционным термистором или резистивным датчиком, она не требует ни затратного этапа калибровки после монтажа платы, ни ресурсов процессо ра или памяти с калибровочными ко эффициентами или процедурами ли неаризации. Потребляя только микро ватты мощности, эта ИС избегает проблем саморазогрева, которые под рывают точность традиционных реше ний с резистивным датчиком. П РИЛОЖЕНИЕ Использование уравнения NIST для преобразования температуры микросхемы ADT7320 в напряжение Компенсация эталонного спая тер мопары основана на следующем соот ношении: Δ V = V J1 – V J2 , (1) где Δ V – выходное напряжение тер мопары; V J1 – напряжение, генериру емое на спае термопары; V J1 – напря жение, генерируемое на эталонном спае. Чтобы это соотношение для компен сации работало, оба вывода эталон ного спая должны содержаться при одной и тойже температуре. Выравни вание температуры выполняется при помощи изотермического клеммника, который позволяет выравниваться температуре обоих выводов, обеспе чивая при этом электрическую изо ляцию. После того как температура эталон ного спая измерена, она должна быть преобразована в эквивалентное тер моэлектрическое напряжение, кото рое могло быть выработано этим спа ем при измеренной температуре. Один из методов использует полином в виде степенного ряда. Термоэлек трическое напряжение вычисляет ся как: E = a 0 + a 1 T + a 2 T 2 + + a 3 T 3 + ... + a n T n , (2) где E – термоэлектрическое напряже ние (микровольты); a n – коэффициен ты полинома, зависящие от типа тер мопары; T – температура ( ° C); n = поря док полинома. NIST публикует таблицы коэффи циентов полинома для каждого типа термопары. В этих таблицах перечис лены коэффициенты, порядок (число составляющих полинома), примени мые диапазоны температуры для каж дого списка коэффициентов и диапа зон погрешности. Некоторые типы термопар требуют более одной таб лицы коэффициентов для перекры тия всего диапазона температур при эксплуатации. Таблицы для степенных рядов полинома перечислены в основ ном тексте. Таблица 3. Решение 2 (см. рис. 8), сводка характеристик Тип термопары Диапазон температуры измерительного спая Диапазон температуры эталонного спая Точность Потребляемая мощность J, K, T Полный диапазон –10…85 ° C –20…105 ° C ±0,2 ° C ±0,25 ° C 3 мВт 3 мВт Последовательный интерфейс SPI Регистр значения температуры Регистр T HYST Регистр T HIGH Регистр T CRT Регистр T LOW T HIGH T CRIT T LOW Вспомогательные регистры SCLK 1 2 3 4 DOUT DIN CS Датчик температуры Сигма дельта АЦП Тактовый генератор ADT7320 CT 6 5 7 8 INT GND V DD Источник опорного напряжения Логика фильтра Рис. 10. Функциональная схема ADT7320 © СТА-ПРЕСС