Формирователи сигналов термопар и формирование сигналов вблизи холодного спая

Ранее в этой серии мы рассмотрели принципы работы монолитных формирователей сигналов термопар. В продолжение нашего обсуждения в этой статье рассматриваются несколько других вариантов применения термопар, а именно AD594/AD595, MAX6675 и ADS1220. Некоторые из основных концепций предыдущей статьи также применимы к обсуждаемым здесь кондиционерам с термопарами. Например, все эти разделители сигналов следует размещать вблизи холодного спая термопары. Однако некоторые функции могут зависеть от устройства.

Чтобы быть краткими, мы постараемся сосредоточиться главным образом на ключевых особенностях каждого из этих устройств.

AD594/AD595 представляет собой законченный формирователь сигнала термопары, который объединяет усилитель и компенсатор холодного спая в одном корпусе. На рис. 1 показана функциональная блок-схема и базовое подключение устройства к однополярному источнику питания.

Фундаментальной частью схемы является петля обратной связи, созданная правым дифференциальным усилителем (с коэффициентом усиления G), основным усилителем (+A) и внутренним резистором между контактами 8 и 5. Левая дифференциальная пара усиливает напряжение термопары и подает его на суммирующий узел в контуре обратной связи. Блок «Ice Point Comp» создает напряжение компенсации холодного спая (CJC) и добавляет его в контур термопары через правую дифференциальную пару.

Подробную информацию о том, как работает эта схема, можно найти в таблице данных AD594/AD595. Не вдаваясь в подробности, конечным результатом является то, что устройство предназначено для прямого подключения к термопаре, выполнения компенсации и усиления холодного спая и получения выходного сигнала 10 мВ/°C. Например, при подключении к AD594 термопары типа J выходное напряжение будет около 500 мВ, когда температура горячего спая составляет 50 °C.

Обратите внимание, что AD594 и AD595 предварительно откалиброваны путем лазерной обрезки пластины для соответствия характеристическим кривым термопар типа J и K соответственно.

В предыдущей статье мы обсуждали, что AD849x, который также является формирователем сигнала термопары, может измерять отрицательные температуры даже при питании от одноканального источника питания. В отличие от AD849x, AD594/AD595 требует двухканального питания для измерения температур ниже 0 °C.

Одной из интересных особенностей AD594/AD595 является то, что некоторые важные узлы внутренней схемы доступны на выводах корпуса. Например, контакт 8 подключен к внутренней цепи обратной связи устройства. Кроме того, напряжение CJC, которое подается на правый дифференциальный усилитель, доступно на контактах 3 и 5. Доступность этих узлов на контактах корпуса позволяет нам иметь более гибкий формирователь сигнала, который можно регулировать в зависимости от приложения. требования.

Имея это в виду, давайте посмотрим, как доступ к резистору обратной связи можно использовать на практике. Как показано на рисунке 1, при нормальных условиях работы контакты 9 и 8 связаны между собой. При этом выход усилителя подключается к внутреннему резистору обратной связи, который устанавливает коэффициент усиления устройства. Внутренняя цепь обратной связи откалибрована на заводе для выдачи выходного сигнала 10 мВ/°C. Однако для регулировки усиления мы можем разместить дополнительный резистор между контактами 9 и 5. Этот внешний резистор будет подключен параллельно внутреннему резистору обратной связи, что позволит регулировать коэффициент усиления усилителя. Мы даже можем заменить внутренний резистор на внешний, удалив соединение между контактами 9 и 8.

На рисунке 2 показана калибровка усиления путем регулировки резистора обратной связи.

На приведенной выше диаграмме показано, как AD594/AD595 можно использовать для получения выходного сигнала, пропорционального температуре по шкале Фаренгейта (10 мВ/°F). Далее давайте рассмотрим следующее уравнение для преобразования температурной шкалы:

\[Градусы\,Фаренгейт=\frac{9}{5}(Градусы \,Цельсия)+32\]

Из этого уравнения мы можем убедиться, что нам нужно увеличить коэффициент усиления на \(\frac{9}{5}\) (а также добавить соответствующее значение смещения), чтобы выходной сигнал изменялся при 10 мВ/°F, а не на 10 мВ/°F. чем заводское значение 10 мВ/°C.