Circuito de amplificador de termopar económico

  

¿Serían necesarios 3 amplificadores operacionales?

No en teoría . En teoría, podría conectar un extremo del termopar a tierra y luego alimentar el otro extremo a un amplificador no inversor. El problema, sin embargo, es la captación de ruido. Los termopares tienen cables largos, y esos cables largos actúan como antenas, recogiendo todo tipo de basura. En la mayoría de los circuitos, esto no sería un problema, pero como los termopares tienen voltajes tan bajos, la chatarra puede abrumar fácilmente la señal de temperatura real. Al construir un amplificador de instrumentación, con 3 amplificadores operacionales, puede eliminar (la mayoría de) este ruido.

Es posible que pueda salirse con un solo amplificador diferencial de amplificador operacional, pero los grandes valores de resistencia que necesitaría usar para obtener una buena impedancia de entrada crearían una gran cantidad de ruido Johnson, que terminaría en su señal.

Si no quieres usar un amplificador adecuado, deberías usar tres amplificadores operacionales. Sin embargo, los resistores emparejados que necesitarías, más los amplificadores operacionales, pueden costar más que un amplificador de instrumentación que usa, por ejemplo, un solo resistor de ajuste de ganancia.

Además, ¿has pensado en tu compensación de unión fría? Uno de los problemas con los termopares es que miden la temperatura diferencial ; p.ej. tiene una unión a la temperatura A y otra a la temperatura B, la tensión del termopar es (some constant K) * (A - B) .

Si desea averiguar la temperatura absoluta de A, necesita saber la temperatura B.

Ahora, a partir de sus requisitos, es posible que pueda salirse con la suya con un truco barato. Puede suponer que B es, por ejemplo, 25C (aproximadamente la temperatura ambiente) y mientras B no se salga del rango de 12.5C a 37.5C, la temperatura que obtiene para A estará dentro de los 25C de la temperatura real de A. Tiene suficiente tolerancia a los errores que consideraría viable.

Sin embargo, si la temperatura ambiente en la que debe operar su circuito puede salir de ese rango de temperatura, deberá incorporar la compensación de la unión fría. Básicamente, esto consiste en generar un voltaje con el mismo coeficiente de temperatura que su termopar, pero relativo a la temperatura absoluta ; en otras palabras, tienes ((some constant K) * (A - B)) + C . C sería igual a tu constante K veces B; como tal, cancela B y terminas solo con ((some constant K) * (A - B)) + K*B = K*A - K*B + K*B = K*A .

El método típico para generar este voltaje es a través de un diodo. Esto se hace mejor en un IC, y como tal, puede encontrar que un amplificador de termopar con un compensador de empalme en frío integrado lo hará mucho mejor que un amplificador operacional, y de hecho puede costar menos.

Realmente no quieres hacer este circuito "manualmente". Si bien el circuito no es muy difícil, hay muchas cosas que debes considerar para que esto funcione correctamente.

Varias compañías, como Analog Devices y Maxim, fabrican chips específicamente para este tipo de cosas, que incluyen el ADC y todo el material de compensación de la unión fría. El MAX31855 de Maxim es un pequeño chip de 8 pines que toma energía, las entradas TC y un puerto SPI para la interfaz directa a la MCU. ¡No puedes ser más simple que eso! Y tampoco es muy caro.

Hay otra opción completamente diferente, que es no usar un amplificador en absoluto. En su lugar, utilice un delta-sigma A / D de alta resolución. Esto evita completamente el problema del voltaje de compensación del amplificador, ya que no hay amplificador. Algunos filtros de paso bajo serían una buena idea, y debes considerar cuidadosamente el diseño y los gradientes térmicos a través de tu placa, pero también tendrías que hacerlo con cualquier amplificador.

Los delt-sigma A / D modernos tienen una resolución tan alta que la lectura directa de termopares con ellos es factible. Digamos que usted cree que puede obtener 20 bits de resolución. Es una resolución de aproximadamente 3 µV incluso si el A / D se ejecuta desde una referencia de 3.3 V. Algunos pueden ir a la referencia de 2 V y seguir manteniendo la resolución, pero en cualquier caso eso es una pequeña fracción de 1 ° C. Una fuente de error mucho más importante será medir la temperatura de las uniones en la placa con la suficiente precisión para hacer la compensación de la unión fría correctamente. En cualquier caso, todo esto está dentro de sus especificaciones de precisión de 25 ° C.