RUЭВМ
Вы хотите отреагировать на этот пост ? Создайте аккаунт всего в несколько кликов или войдите на форум.
Апрель 2024
ПнВтСрЧтПтСбВс
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
2930     

Календарь Календарь

Последние темы
» Вити больше нет!
автор bug19 Пн Фев 20 2023, 19:54

» Собираем оригинальный Орион 128
автор bug19 Пн Фев 20 2023, 19:47

» Проблема плющеного экрана ОРИОНА
автор kanzler Пн Ноя 28 2022, 12:05

» Орион 128 и его клоны возрождение 2019-2022 год
автор kanzler Пн Ноя 28 2022, 12:03

» Электроника КР-04. Информация, документы, фото.
автор kanzler Пн Ноя 28 2022, 12:02

» Новости форума
автор kanzler Пн Ноя 28 2022, 11:52

» Орион-128 НГМД запуск 2021 года
автор matrixplus Сб Сен 10 2022, 17:36

» ПЗУ F800 для РК86
автор ведущий_специалист Сб Сен 10 2022, 10:37

» Микропроцессорная лаборатория "Микролаб К580ИК80", УМК-80, УМПК-80 и др.
автор Электротехник Вт Июл 26 2022, 19:33

» Орион-128 SD карта в Орионе
автор matrixplus Чт Июн 02 2022, 09:00

» 7 Мая. День Радио!
автор Viktor2312 Чт Май 12 2022, 10:58

» Серия: Массовая радио библиотека. МРБ
автор Viktor2312 Ср Май 11 2022, 12:17

» Полезные книги
автор Viktor2312 Пн Май 09 2022, 15:07

» Орион 128 Стандарты портов и системной шины Х2
автор matrixplus Вс Май 08 2022, 23:08

» Орион-128 и Орион ПРО еще раз про блоки питания
автор matrixplus Вс Май 08 2022, 19:09

» Орион-128 Программаторы
автор matrixplus Вс Май 08 2022, 19:02

» Орион ПРО история сборки 2021 до 2022
автор matrixplus Вс Май 08 2022, 18:47

» Анонсы монет (New coin).
автор Viktor2312 Сб Май 07 2022, 23:11

» Хочу свой усилок для квартиры собрать не спеша
автор Viktor2312 Сб Май 07 2022, 19:33

» Амфитон 25у-002С
автор Viktor2312 Сб Май 07 2022, 09:38

» Майнер: T-Rex
автор Viktor2312 Вс Май 01 2022, 09:12

» GoWin. Изучение документации. SUG100-2.6E_Gowin Software User Guide. Среда разработки EDA.
автор Viktor2312 Пн Апр 25 2022, 01:01

» GoWin. Изучение документации. UG286-1.9.1E Gowin Clock User Guide.
автор Viktor2312 Сб Апр 23 2022, 18:22

» GoWin. Documentation Database. Device. GW2A.
автор Viktor2312 Ср Апр 20 2022, 14:08

» GOWIN AEC IP
автор Viktor2312 Ср Апр 20 2022, 12:08

Самые активные пользователи за месяц
Нет пользователей

Поиск
 
 

Результаты :
 


Rechercher Расширенный поиск


Цифровое измерение температуры. LTC2983

Перейти вниз

Цифровое измерение температуры. LTC2983 Empty Цифровое измерение температуры. LTC2983

Сообщение  Viktor2312 Пн Июл 25 2016, 14:27

1
Цифровое измерение температуры. Одна микросхема для всех типов датчиков обеспечивает точность 0.1 °C.


Mitchell Lee, Linear Technology.


LT Journal of Analog Innovation.

Цифровое измерение температуры. LTC2983 0_14c13b_ffa7776f_orig

____В измерении температуры нет ничего нового. Обнаруживать изменения температуры мог уже первый рудиментарный термометр, изобретенный Галилеем, а спустя двести лет Зеебек открыл явление термоэлектричества. Учитывая столь долгую историю измерений температуры и их повсеместное распространение сегодня, можно было бы подумать, что существовавшие проблемы точности уже решены. Но это не так. Даже, несмотря на то, что методы извлечения информации о температуре из сенсорных элементов известны давно, точные измерения с разрешением 0.5 °C или 0.1 °С пока остаются проблематичными. Микросхема LTC2983 позволяет измерять соответствие температур с точностью до 0.1°C (точность измерения относительно прецизионного калибратора), как это показано на Рисунке 1.

Цифровое измерение температуры. LTC2983 0_14c13c_9b218c5e_orig
Рисунок 1.
Типичные ошибки измерения микросхемы LTC2983 похожи для различных типов используемых датчиков.

____Для электрического измерения температуры широко используются термопары, температурно зависимые элементы (термометры сопротивления и термисторы) и полупроводниковые элементы (диоды). Оцифровка электрических сигналов этих датчиков требует разностороннего опыта в таких областях, как устройство и принцип работы датчиков, аналоговая и цифровая схемотехника, программирование. Весь это опыт собран в единственной микросхеме LTC2983, позволяющей решить любую из проблем, связанных с термопарами, резистивными датчиками температуры (RTD), термисторами и диодами. Она содержит все аналоговые схемы, необходимые для каждого типа датчиков с его алгоритмами измерения температуры и параметрами линеаризации, что позволяет непосредственно измерять температуру с датчиком любого типа и получать результаты в градусах Цельсия.

Термопары: обзор.

____Генерируемое термопарой напряжение является функцией разности температур между горячим спаем (концом термопары) и точкой ее электрического подключения на плате (холодный спай). Для определения температуры термопары требуется точное измерение температуры холодного спая, известное, как компенсация холодного спая.
____Как правило, температура холодного спая определяется путем размещения на холодном спае отдельного (не термопары) датчика температуры. В качестве такого датчика LTC2983 допускает использование диодов, RTD и термисторов. Чтобы преобразовать выходное напряжение термопары в результирующую температуру, как для измеренного напряжения, так и для температуры холодного спая, должно быть решено (с использованием таблиц или математических функций) полиномиальные уравнения высокого (до 14) порядка. Эти полиномы для всех восьми стандартных типов термопар (J, K, N, E, R, S, T и B) встроены в LTC2983, а для нестандартных термопар предусмотрена возможность использования программируемых пользователем таблиц. Измеряя одновременно выходное напряжение термопары и температуру холодного спая, LTC2983 выполняет все расчеты, необходимые для того, чтобы получить конечный результат в °C.

Термопары: что важно знать и учитывать.

____Выходное напряжение, генерируемое на выходе термопары, невелико, и полная шкала его изменения не превышает 100 мВ (Рисунок 2). Из этого следует, что напряжение смещения и шумы АЦП должны быть как можно более низкими. Кроме того, для чтения абсолютных значений напряжений требуется точный источник опорного напряжения с малым температурным дрейфом. LTC2983 содержит малошумящий 24-битный сигма-дельта АЦП с непрерывной автокалибровкой смещения (смещение и шумы менее 1 мкВ) и источник опорного напряжения с дрейфом, не превышающим 10 ppm/°C (Рисунок 3).

Цифровое измерение температуры. LTC2983 0_14c13d_195a3c53_orig
Рисунок 2.
Проблемы, требующие решения при измерениях с помощью термопар.

____Кроме того, выходное напряжение термопары может быть ниже потенциала земли, если ее спай подвергается воздействию температур ниже температуры холодного спая. Это усложняет систему, требуя либо дополнительного источника отрицательного напряжения, либо цепи сдвига уровня входного сигнала. В микросхеме LTC2983 реализована запатентованная технология, позволяющая при единственном заземленном источнике питания оцифровывать сигналы, уровни которых лежат ниже потенциала земли.

Цифровое измерение температуры. LTC2983 0_14c13e_65655e07_orig
Рисунок 3.
Измерение напряжения термопары с использованием диода для компенсации холодного спая.

____В дополнение к высокой точности измерений, для работы с термопарой схема должна содержать элементы подавления шумов, защиту по входу и заграждающий фильтр. Входной импеданс LTC2983 высок, и ее максимальный входной ток составляет менее 1 нА. Это дает возможность без внесения дополнительных ошибок использовать внешние резисторы защиты и фильтрующие конденсаторы. На кристалле микросхемы имеется цифровой фильтр с подавлением 75 дБ на обеих частотах сети 50 Гц и 60 Гц, или 120 дБ на частоте 50 Гц или 60 Гц.
____Важной функцией многих измерительных систем с термопарами является детектирование неисправностей, к наиболее типичным из которых относится обрыв (термопара сломана или отсоединена). Исторически сложилось, что для обнаружения этого типа неисправностей использовались источники тока или подтягивающие резисторы. Недостаток такого подхода связан с тем, что наведенные на входы посторонние сигналы, помехи и шумы взаимодействуют с цепями входной защиты.
____В LTC2983 включена уникальная схема обнаружения обрыва, которая проверяет целостность термопары еще до цикла измерения. В этом случае ток возбуждения разомкнутой цепи не оказывает влияния на точность измерений. Кроме того, LTC2983 формирует отчеты об отказах, связанных с датчиком холодного спая. Микросхема может обнаружить факт воздействия электростатического разряда, сформировать сообщение о неисправности и восстановить работу схемы – типичная ситуация, когда датчики, используемые в промышленном оборудовании, подключены длинными проводами. В отчет о неисправностях LTC2983 включает также сообщения о выходе измеренной температуры за пределы диапазона, ожидаемого для используемой термопары.

Диоды: обзор.

____Диоды – недорогие полупроводниковые устройства, которые могут служить датчиками температуры. Как правило, они используются для измерения температуры холодного спая термопар. При протекании через диод тока он генерирует напряжение, зависящее от температуры и величины проходящего тока. Если к диоду приложить два хорошо согласованных источника тока возбуждения с известным соотношением, то напряжение на диоде будет пропорционально температуре горячего спая (PTAT – proportional to absolute temperature).

Диоды: что важно знать и учитывать.

____Для того чтобы генерировать напряжение PTAT с известной пропорциональностью, требуются два точно согласованных, нормированных источника тока (Рисунок 4). Опираясь на сигма-дельта архитектуру с избыточной дискретизацией, LTC2983 точно воспроизводит это соотношение. Подключенные к АЦП диоды и выводы являются источниками паразитных диодных эффектов. Имеющийся в LTC2983 режим измерения тремя токами устраняет паразитные сопротивления выводов. Не идеальность параметров своих диодов различные производители характеризуют по-разному. Микросхема LTC2983 позволяет программно компенсировать факторы не идеальности индивидуально для каждого диода. Поскольку микросхема измеряет абсолютное напряжение, решающее значение имеет дрейф опорного напряжения АЦП. LTC2983 содержит откалиброванный в процессе производства источник опорного напряжения с температурным коэффициентом 10 ppm/°C.

Цифровое измерение температуры. LTC2983 0_14c13f_1077b1cd_orig
Рисунок 4.
Проблемы, требующие решения при измерениях с помощью диодов.


____LTC2983 автоматически генерирует нормированные токи, измеряет результирующие напряжения диодов, вычисляет температуру, используя запрограммированные коэффициенты для компенсации их не идеальности, и выводит результаты в °С. Диод также может использоваться в качестве датчика холодного спая для термопар. Если диод разбит, замкнут или установлен с нарушением полярности, LTC2983 обнаружит ошибку и сообщит о ней в выходном слове результата преобразования, а также в соответствующем результате измерения, если диод используется для контроля температуры холодного спая.

RTD: обзор.

____RTD – это резистор, сопротивление которого является функцией температуры, способный выполнять измерения в широком диапазоне от –200 °С до 850 °С. Для работы с такими устройствами последовательно с RTD включается прецизионный измерительный резистор с малым температурным дрейфом. В цепь подается ток возбуждения, а измерения выполняются логометрическим методом, то есть, по отношению падений напряжения на RTD и резисторе. Из этого отношения можно определить значение сопротивления RTD. Затем с помощью таблицы соответствия сопротивление пересчитывается в температуру чувствительного элемента.
____LTC2983 автоматически генерирует ток возбуждения, одновременно измеряет падения напряжений на измерительном резисторе и RTD, вычисляет сопротивление датчика и выдает результат в °C. Микросхема может оцифровывать большинство типов RTD (PT-10, PT-50, PT-100, PT-200, PT-500, PT-1000 и NI-120), используя встроенные таблицы коэффициентов для многих стандартов (американских, европейских, японских и ITS-90).

RTD: что важно знать и учитывать.

____Изменение сопротивления типичного RTD типа PT100 (Рисунок 5) составляет менее 0.04 Ом на одну десятую градуса Цельсия, что при токе возбуждения 100 мкА соответствует уровню сигнала в 4 мкВ. В связи с этим особую важность для точности измерений приобретают низкие собственные шумы и смещение АЦП. Измерения выполняются логометрически относительно сопротивления токоизмерительного резистора, при этом абсолютные значения тока возбуждения и опорного напряжения не столь важны для расчета температуры.

Цифровое измерение температуры. LTC2983 0_14c140_fb358f3e_orig
Рисунок 5.
Проблемы, требующие решения при измерениях с помощью RTD.

____Исторически сложилось так, что логометрические измерения между сопротивлениями RTD и измерительного резистора выполнялись при помощи одного АЦП. В качестве опорного сигнала АЦП для измерения падения напряжения на RTD использовалось падение напряжения на измерительном резисторе. Для такой архитектуры требуются измерительные резисторы сопротивлением 10 кОм и более, которые должны быть буферизованы для исключения падения напряжения от динамических входных токов АЦП. В связи с особым значением сопротивления измерительного резистора эти буферы должны иметь малые уровни смещения, дрейфа и собственных шумов. Все это затрудняет реверс полярности источников тока, необходимый для компенсации присущих термопарам паразитных эффектов. Опорные входы сигма-дельта АЦП намного восприимчивее к шуму, чем остальные входы, а малые значения опорного напряжения могут привести к неустойчивости.
____В архитектуре LTC2983 эти проблемы решены путем увеличения количества АЦП (Рисунок 6). В LTC2983 используются два точно согласованных буферизированных АЦП с автокалибровкой, один из которых обслуживает измерительный вход, а другой подключен к опорному входу. Напряжения на RTD и резисторе RSENSE, одновременно измеренные АЦП, сравниваются с данными таблицы, хранящейся в ПЗУ микросхемы, на основании которых температура RTD выводится непосредственно в °C.

Цифровое измерение температуры. LTC2983 0_14c141_8aa1c8e_orig
Рисунок 6.
Типовое включение микросхемы LTC2983 для измерения температуры с помощью RTD.

____RTD выпускаются в 2-, 3- и 4-проводных вариантах. К микросхеме LTC2983 можно подключать датчики всех трех типов, задав соответствующую аппаратную конфигурацию схемы. При этом с несколькими резистивными датчиками можно использовать один общий измерительный резистор. Высокий входной импеданс микросхемы позволяет организовать внешнюю защиту цепей между входами RTD и АЦП без внесения ошибок. Имеется также возможность авторотации тока возбуждения для устранения внешних тепловых ошибок (паразитных термопар). В случаях, когда паразитное сопротивление вывода измерительного резистора ухудшает точность измерений, LTC2983 позволяет подключить резистор RSENSE по схеме Кельвина.
____LTC2983 содержит схему обнаружения неисправностей, позволяющую определить обрыв или поломку измерительного резистора или RTD. Она также выдает предупреждение в случае, если измеренная температура выше или ниже максимального значения, указанного для RTD. Когда RTD используется в качестве датчика холодного спая для термопары, три АЦП одновременно измеряют напряжение на термопаре, измерительном резисторе и RTD. Неисправности RDT учитываются в результатах измерения термопары, и температура RTD автоматически используется для компенсации температуры холодного спая.

Термисторы: обзор.

____Термисторы – это полупроводниковые резисторы, изменяющие значение своего сопротивления в зависимости от температуры. В отличие от RTD, сопротивление термистора в пределах его рабочего диапазона температур изменяется на много порядков. Для того чтобы определить температуру при помощи таких устройств, последовательно с ними включается измерительный резистор. В цепь подается ток возбуждения и выполняется логометрическое измерение сопротивления термистора, значение которого определяется в омах. Это сопротивление используется для определения температуры датчика путем решения уравнений Стейнхарта-Харта или использования табличных данных.
____LTC2983 автоматически генерирует ток возбуждения, одновременно измеряет напряжения на измерительном резисторе и термисторе, вычисляет сопротивление термистора и сообщает результат в °C. Как правило термисторы работают в диапазоне температур от –40 °С до 150 °С. Микросхема LTC2983 имеет запрограммированные коэффициенты для расчета температуры стандартных термисторов с сопротивлениями 2.252 кОм, 3 кОм, 5 кОм, 10 кОм и 30 кОм. В связи с большим разнообразием типов термисторов и их номинальных сопротивлений, на этапе производства LTC2983 предусмотрена возможность записи в ПЗУ микросхемы таблицы пользовательских данных (зависимость R от T) или коэффициентов Стейнхарта-Харта.

Термисторы, что важно знать и учитывать?

____Как уже отмечалось, в пределах диапазона рабочих температур термистора (Рисунок 7) его сопротивление изменяется на много порядков. Например, если измеренное при комнатной температуре сопротивление термистора равнялось 10 кОм, то при максимальной температуре оно может уменьшиться до 100 Ом, а в нижней точке диапазона превысить 300 кОм, в то время как у термисторов других стандартов это значение может быть более 1 МОм.

Цифровое измерение температуры. LTC2983 0_14c142_2bf30ccf_orig
Рисунок 7.
Проблемы, требующие решения при измерениях с помощью термисторов.

____Как правило, при работе с большими сопротивлениями приходится использовать очень слабый ток возбуждения в сочетании высокоомными измерительными резисторами. Следствием этого являются крайне низкие уровни сигнала в нижней части рабочего диапазона термистора. Для изоляции динамического входного тока АЦП от этих больших сопротивлений требуются буферные каскады на входах АЦП и измерительного резистора. Однако без дополнительных источников питания буферные усилители не всегда могут хорошо работать вблизи потенциала земли, и, кроме того, необходимо принимать меры по снижению ошибок, создаваемых их смещением и шумами.
____Все эти проблемы решаются микросхемой LTC2983 (Рисунок 8 ). В ней имеется патентованный буфер с постоянной калибровкой, способный оцифровывать сигналы с уровнями общего провода, и даже ниже, для всех АЦП микросхемы. Два согласованных буферизированных АЦП одновременно измеряют сопротивление термистора и измерительного резистора и рассчитывают (на основе стандарта) температуру термистора в °C. Здесь не требуются измерительные резисторы с большими сопротивлениями, что позволяет нескольким RTD использовать один измерительный резистор. LTC2983 может автоматически подстраивать ток возбуждения под выходное сопротивление термистора.

Цифровое измерение температуры. LTC2983 0_14c143_73f48c22_orig
Рисунок 8.
Типовое включение микросхемы LTC2983 для измерения температуры с помощью термистора.

____LTC2983 содержит схему обнаружения неисправностей, способную определить обрыв или замыкание цепи измерительного резистора или термистора. Микросхема также выдает предупреждение, если измеренная температура выходит за границы диапазона, указанного для данного типа термистора.
____Термистор можно использовать в качестве датчика компенсации холодного спая для термопары. В этом случае три АЦП одновременно измеряют напряжения термопары, опорного резистора и термистора. Погрешности термистора сказываются на результатах измерения термопары, а его температура автоматически используется для компенсации температура холодного спая.

Универсальная измерительная система.

____LTC2983 может быть сконфигурирована как универсальное многоканальное устройство измерения температуры (Рисунок 9). К универсальным входам одной микросхемы можно подключить до четырех измерительных наборов. Каждый из этих наборов без изменений конструкции платы может непосредственно оцифровать 3-проводный RTD, 4-проводный RTD, термистор или термопару. Каждый датчик может быть подключен к любому из четырех входов АЦП, цепи защиты и фильтрации которых программно настраиваются через интерфейс SPI. Для всех четырех наборов датчиков и диодной цепи компенсации холодного спая используется один общий опорный резистор. Структура входов LTC2983 позволяет подключать любой датчик к любому каналу. Любая комбинация RTD, измерительных резисторов, термисторов, термопар, диодов и цепей компенсации холодного спая может быть подключена к любому из двадцати аналоговых входов LTC2983.

Цифровое измерение температуры. LTC2983 0_14c144_172afd30_orig
Рисунок 9.
Универсальная система измерения температуры.

Заключение.

____Микросхема LTC2983 является инновационной высокоэффективной интегрированной системой измерения температуры, непосредственно и с лабораторной точностью оцифровывающей сигналы термопар, RTD, термисторов и диодов. Она отличается высокой точностью, простотой интерфейса датчиков и исключительной гибкостью.
____В трех ее 24-битных сигма-дельта АЦП используется патентованная схема обработки входных сигналов, решающая многие проблемы, характерные для температурных измерений. Высокие импедансы входов, способных обрабатывать сигналы от нулевого уровня, позволяют легко подключать и напрямую оцифровывать все датчики температуры. Двадцать гибких аналоговых входов дают возможность, используя одну аппаратную конфигурацию, измерять температуру любым датчиком путем простого перепрограммирования устройства через интерфейс SPI.
____LTC2983 автоматически выполняет компенсацию холодного спая, для измерения температуры которого может использоваться любой датчик, а также дополняет выходные данные информацией о неисправностях. Используя один опорный резистор для всех датчиков, микросхема может напрямую измерять напряжения 2-, 3- или 4-проводных RTD, а также выполнять циклическое переключение источников тока для исключения паразитных термоэлектрических эффектов. Для повышения точности и снижения уровня шума при измерениях с термисторами в схему включены источники тока с автоматической установкой диапазона.
____В дополнение к встроенным профилям датчиков, LTC2983 позволяет программировать профили пользователя для нестандартных RTD, термопар и термисторов, параметры которых заданы в табличной форме.


источник

Viktor2312
RIP

Сообщения : 15492
Дата регистрации : 2012-08-10
Возраст : 45
Откуда : Пятигорск

Вернуться к началу Перейти вниз

Вернуться к началу


 
Права доступа к этому форуму:
Вы не можете отвечать на сообщения