3 قناة نظام قياس درجة الحرارة الحرارية، ودقة 0.25 درجة مئوية الدائرة
وظائف ومزايا الدائرة
الدائرة في الشكل 1 يوفر دقيقة للغاية، متعدد القنوات حل قياس الحرارية. تتطلب القياسات الحرارية الدقيقة استخدام مكونات دقيقة لتشكيل سلسلة إشارات تضخّم الفولتيات الحرارية الضعيفة، وتخفض الضوضاء، وتصحح الأوجه غير الخطية، وتوفر تعويضًا دقيقًا للموصلات المرجعية (يشار إليها عادةً باسم تعويض الوصلات الباردة). هذه الدائرة يحل كل هذه المشاكل في قياس درجة الحرارة الحرارية ولها دقة ± 0.25 درجة مئوية.
الدائرة في الشكل 1 يظهر اتصال ثلاثة من نوع K الحرارية إلى AD7793 الدقة 24 بت سيغما دلتا التناظرية لتحويل رقمي (ADC) لقياس الجهد الحراري. منذ الحرارية هو جهاز التفاضلية بدلا من جهاز قياس درجة الحرارة المطلقة، يجب أن تعرف درجة حرارة تقاطع مرجع للحصول على قراءات دقيقة درجة الحرارة المطلقة. وتعرف هذه العملية باسم تعويض الوصلات المرجعية ويشار إليها عادة بتعويضات الوصلات الباردة. في هذه الدارة، يتم استخدام مستشعر درجة الحرارة الرقمية 16 بت الدقة ADT7320 لقياس مرجع الوصلات الباردة ويوفر الدقة المطلوبة.
هذا النوع من التطبيق هو شعبية جدا لقياسات درجة الحرارة الدقيقة التي تحتاج إلى أن تكون فعالة من حيث التكلفة على نطاق واسع من درجة الحرارة التي توفرها الحرارية.
الدائرة في الشكل 1 يظهر اتصال ثلاثة من نوع K الحرارية إلى AD7793 الدقة 24 بت سيغما دلتا التناظرية لتحويل رقمي (ADC) لقياس الجهد الحراري. منذ الحرارية هو جهاز التفاضلية بدلا من جهاز قياس درجة الحرارة المطلقة، يجب أن تعرف درجة حرارة تقاطع مرجع للحصول على قراءات دقيقة درجة الحرارة المطلقة. وتعرف هذه العملية باسم تعويض الوصلات المرجعية ويشار إليها عادة بتعويضات الوصلات الباردة. في هذه الدارة، يتم استخدام مستشعر درجة الحرارة الرقمية 16 بت الدقة ADT7320 لقياس مرجع الوصلات الباردة ويوفر الدقة المطلوبة.
هذا النوع من التطبيق هو شعبية جدا لقياسات درجة الحرارة الدقيقة التي تحتاج إلى أن تكون فعالة من حيث التكلفة على نطاق واسع من درجة الحرارة التي توفرها الحرارية.
الشكل 1- الـ 1 نظام قياس ثيرموجوبي متعدد القنوات (مخطط تخطيطي: غير مبين لجميع الاتصالات وفك الارتباط)
وصف الدائرة
تم تصميم الدائرة في الشكل 1 لقياس متزامنة من ثلاثة من نوع الحرارية K باستخدام ADT7320، ± 0.25 درجة مئوية الدقة، 16 بت استشعار درجة الحرارة SPI.
قياس الجهد الحراري
يتم استخدام موصل الحراري وتصفية كواجهة بين ثيرموكوبل و AD7793 ADC. كل موصل (J1، J2، و J3) متصل مباشرة بمجموعة من المدخلات ADC التفاضلية. يقلل عامل التصفية على إدخال AD7793 من الضوضاء التي يتم فرضها على أي طرف ثيرموبلي قبل أن تصل الإشارة إلى الإدخالات AIN (+) و AIN (-). و AD7793 يدمج على رقاقة متعددة، عازلة، ومكبر أجهزة لتضخيم إشارات الجهد الصغير من تقاطعات ثيرموبل.
قياس تقاطع الباردة
يقيس مستشعر درجة الحرارة الرقمية 16 بت الدقة ADT7320 درجة حرارة الوصلة المرجعية (تقاطع بارد) بدقة ± 0.25 درجة مئوية على مدى -20 درجة مئوية إلى + 105 درجة مئوية. يتم معايرة ADT7320 بالكامل ولا يتطلب معايرة المستخدم. وهو يتضمن إشارة درجة حرارة bandgap، وجهاز استشعار درجة الحرارة و 16 بت سيغما دلتا ADC لقياس درجة الحرارة والتحويل الرقمي مع قرار من 0.0078 درجة مئوية.
يتم التحكم في كل من AD7793 و ADT7320 من قبل واجهة SPI باستخدام النظام منصة العرض التوضيحي (EVAL-SDP-CB1Z). وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضا أن يتم التحكم في هذه الأجهزة اثنين من قبل المتحكم.
الشكل 2- الانبعاثات 2 من 100 EVAL-CN0172-SDPZ مجلس تقييم الدائرة
ويبين الشكل 2 لوحة تقييم الدائرة EVAL-CN0172-SDPZ مع ثلاثة موصلات ثيرموكوبل من نوع K. AD7793 ADC، ومستشعر درجة الحرارة ADT7320 هي التي شنت بين اثنين من النحاس اتصالات فردية مرنة لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) في درجة الحرارة المرجعية.
الشكل 3 هو عرض جانبي للـ ADT7320 المثبت على ثنائي الفينيل متعدد الكلور مرن منفصل، يتم إدراجه بين جهازي اتصال النحاس للموصل الحراري. إن ثنائي الفينيل متعدد الكلور المرن في الشكل 3 هو أرق وأكثر مرونة من مركبات ثنائية الفينيل متعددة الكلورة أقل 4. يسمح هذا النظام بتركيب ADT7320 بذكاء بين جهات الاتصال النحاسية لموصل الثيرموبلي لتقليل تدرج درجة الحرارة بين الوصلة المرجعية و ADT7320.
الشكل 3- الانبعاثات 100-11 عرض جانبي لل ADT7320 مثبتة على PCB مرنة
كما أن ثنائي الفينيل متعدد الكلور الصغير والرفيق يتيح لـ ADT7320 الاستجابة بسرعة للتغيرات في درجة الحرارة في الوصلة المرجعية. ويبين الشكل 4 وقت الاستجابة الحرارية النموذجية للـ ADT7320.
الشكل 4- الانبعاثات 100 ADT7320 وقت الاستجابة الحرارية النموذجية
الحل أكثر مرونة، مما يسمح باستخدام أنواع أخرى من ثيرموكوبل، مثل نوع J أو T- نوع. في هذه المذكرة الدائرة، يؤخذ في الاعتبار اختيار K-نوع لها أكثر شعبية. ثيرموكوببلي الفعلية المحددة لديها طرف عارية. يقع تقاطع القياس خارج جدار المسبار ويتعرض للوسيلة المستهدفة.
وميزة استخدام طرف عارية هو أنه يوفر أفضل الموصلية الحرارية مع أسرع وقت الاستجابة، وانخفاض التكلفة وخفيفة الوزن. الجانب السلبي هو التعرض للتلف الميكانيكي والتآكل. لذلك، غير مناسبة للبيئات القاسية. ومع ذلك، عندما الحاجة إلى وقت استجابة سريع من هذه المناسبة، غيض المكشوفة هو الخيار الأفضل. إذا تم استخدام طرف مكشوف في بيئة صناعية، قد تحتاج سلسلة الإشارة إلى عزل كهربائي. ويمكن استخدام أجهزة العزل الرقمية لهذا الغرض (انظر www.analog.com/icoupler).
على عكس الثيرمستورات التقليدية أو أجهزة الكشف عن درجة الحرارة المقاومة (RTDs)، فإن ADT7320 هو حل كامل للمكونات والتشغيل الذي يلغي الحاجة إلى معايرة متعددة النقاط بعد تجميع اللوحة ولا يوجد برنامج معايرة أو خطية يستهلك موارد المعالج أو الذاكرة. استهلاكها النموذجي للطاقة من 700μW فقط عند تشغيلها في 3.3 V الإمدادات يتجنب مشكلة التدفئة الذاتية التي تحط من دقة حلول الاستشعار المقاومة التقليدية.
دليل قياس درجة الحرارة الدقيق
تضمن الإرشادات التالية أن ADT7320 يقيس بدقة درجة حرارة الوصلة المرجعية.
مصدر الطاقة: إذا كان ADT7320 يعمل بالطاقة من مصدر طاقة مبدل، فقد ينتج أكثر من 50 كيلو هرتز من الضوضاء، مما يؤثر على دقة درجة الحرارة. لمنع هذا العيب، استخدم عامل تصفية RC بين مصدر الطاقة و VDD. وينبغي النظر في القيم المكونة المستخدمة بعناية لضمان أن تكون ذروة ضوضاء العرض أقل من 1 mV
فك الارتباط: يجب أن يكون لدى ADT7320 مكثف فك الارتباط يوضع بالقرب من VDD قدر الإمكان لضمان قياسات دقيقة لدرجة الحرارة. ويوصى مكثف فك الارتباط مثل نوع السيراميك عالية التردد 0.1μF. وبالإضافة إلى ذلك، ينبغي استخدام مكثف فصل منخفض التردد بالتوازي مع مكثف خزفي عالي التردد، مثل مكثف التنتالوم من 10μF إلى 50μF.
الحد الأقصى للوصل الحراري: الحزمة البلاستيكية والوسادة المكشوفة على الجانب الخلفي (GND) هي مسار التوصيل الحراري الأساسي من الوصلة المرجعية إلى ADT7320. منذ اتصالات النحاس متصلة بمدخلات ADC، لا يمكن توصيل منصات على الجانب الخلفي في هذا التطبيق لأن القيام بذلك يمكن أن يؤثر على تحيز إدخال ADC.
دليل قياس الجهد الدقيق
تضمن الإرشادات التالية أن AD7793 يقيس بدقة الجهد المقاس بواسطة اللواء الحراري.
الفصل: يجب أن يكون AD7793 مكثف فك الارتباط وضعت أقرب إلى AVDD وDDD ممكن لضمان قياسات الجهد دقيقة. وينبغي فصل AVDD إلى GND عن طريق ربط 0.1 μF المكثف السيراميك بالتوازي مع 10 μf التنتالوم مكثف. وبالإضافة إلى ذلك، ينبغي توصيل مكثف السيراميك 0.1 μF بالتوازي مع مكثف 10 μF التنتالوم لفك الفاصل بين دي في دي في دي إلى GND. لمزيد من المناقشة حول أسس, تخطيط, وفك التقنيات, الرجوع إلى البرنامج التعليمي MT-031 و البرنامج التعليمي MT-101
التصفية: يتم استخدام المدخلات التفاضلية لـ AD7793 للقضاء على معظم الضوضاء الشائعة في الوضع على خطوط الثيرموكوب. على سبيل المثال، يؤدي وضع R1 وR2 و C3، والتي تشكل عامل تصفية التمرير المنخفض التفاضلي، على الواجهة الأمامية للـ AD7793 إلى إزالة الضوضاء المحتملة فوق الدبابيس الحرارية. توفر المكثفات C1 وC2 تصفية إضافية في الوضع المشترك. منذ AIN (+) و AIN (-) من المدخلات ADC مدخلات التفاضلية التناظرية، ومعظم الفولتية في المغير التناظرية هي الفولتية وضع مشترك. AD7793 ممتازة في وضع مشترك رفض (100 ديسيبل دقيقة) كذلك يزيل الضوضاء الوضع المشترك في هذه الإشارات المدخلات.
برنامج حل المشاكل الأخرى
ويلخص التالي كيف يعالج هذا الحل التحديات الأخرى ذات الصلة بالحرارة المذكورة سابقاً.
تضخيم الجهد الحراري: الجهد الناتج الحرارية مع التغيرات في درجة الحرارة في نطاق μV قليلة فقط لكل درجة. النوع الشائع K الحرارية المستخدمة في هذا المثال لديها سعة متفاوتة من 41μV / ° C. تتطلب هذه الإشارة الضعيفة مرحلة كسب أعلى قبل تحويل ADC. AD7793 مضخم ربح قابل للبرمجة الداخلية (PGA) يوفر ربحاً أقصى من 128. والمكسب في هذا الحل هو 16، مما يسمح للـ AD7793 بتشغيل دالة معايرة داخلية شاملة مع مرجع داخلي.
تصحيح عدم الخط الحراري: يوفر AD7793 خطية ممتازة على نطاق واسع من درجات الحرارة (-40 درجة مئوية إلى + 105 درجة مئوية) دون معايرة المستخدم أو معايرته. من أجل تحديد درجة الحرارة الفعلية الحرارية، يجب عليك استخدام الصيغة التي يقدمها المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) لتحويل قياس درجة الحرارة المرجعية إلى الجهد الكهروحرارية المكافئ. يضاف هذا الجهد إلى الجهد الحراري تقاس AD7793 ومن ثم تحويلها مرة أخرى إلى درجة حرارة الحرارية باستخدام صيغة NIST. نهج آخر ينطوي على استخدام جداول البحث. ومع ذلك، للحصول على نفس الدقة، قد يختلف حجم جدول البحث بشكل كبير، مما يتطلب وحدة تحكم المضيف لتخصيص موارد تخزين إضافية لذلك. تتم جميع المعالجة في البرنامج عبر EVAL-SDP-CB1Z. يتم EVAL-SDP-CB1Z في البرمجيات.
التغييرات الشائعة
بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب دقة منخفضة، يمكن استخدام Σ-Δ ADC 16-بت 16-bit بدلاً من AD7793 24-bit Σ-Δ ADC. لقياسات درجة الحرارة المرجعية، يمكن استخدام مستشعر درجة حرارة رقمية ADT7310 مع دقة ± 0.5 درجة مئوية بدلاً من ± 0.25 درجة مئوية بدقة ADT7320 دمج كل من AD7792 و ADT7310 على واجهة SPI
إضافة: رقم 16، الطريق 3، منطقة صناعة سانجيانغ، شنغتشو، تشجيانغ، الصين
الاتصال: اريك شي
البريد الإلكتروني:sale@benoelectric.com
Mob: +861598895936
Skype:ericxie123@outlook.com
Wechat و WhatsApp: +8615988295936
الموقع الإلكتروني: www.benoindustry.com
