Referenční návrh přesného teplotního senzoru s RTD

Aplikační poznámka společnosti Microchip přibližuje implementaci odporových teplotních detektorů v aplikacích přesných měřičů teploty. Obvod využívá 22-bitového ADC převodníku MCP3551 a nevyžaduje použití jinak obvyklých kompenzačních a kalibračních obvodů.

Následující referenční návrh ukazuje příklad implementace odporových teplotních detektorů (RTD), obecně označovaných jako termočlánky, v aplikacích přesných měřičů teploty. Řešení přitom k měření stejnosměrného napětí využívá 22-bitového analogově-digitálního převodníku (ADC) typu MCP3551 (Microchip), který je doplněn o zdroj referenčního napětí a jeho vstupy jsou přímo připojeny k pinům RTD. Výsledkem je hodnota napětí, která odpovídá aktuální teplotě v metrických jednotkách. Výhodou je tedy velice jednoduché řešení s RTD, které nevyžaduje použití složitých kompenzačních a kalibračních obvodů.

Zároveň je v obvodu použit integrovaný křemíkový teplotní senzor MCP9804. Ten se použije pouze pro srovnání se získaným obvodem s RTD a ve finální aplikaci nemusí být samozřejmě osazen. Výstupy obou obvodů MCP3551 a MCP9804 jsou čteny pomocí MCU USB PIC®, který je připojen k PC prostřednictvím standardního USB rozhraní. O zobrazení dat a jejich zakreslení do grafu se stará program Thermal Management.

Úvod
Referenční návrh s RTD demonstruje systém přesného měření teploty s 22-bitovým ADC MCP3551 firmy Microchip. Hlavní výhodou takového řešení je eliminace tradičních analogových obvodů kalibrace, nebo nastavení vhodného zisku či offset. Kromě toho je zároveň možné minimalizovat omezení rozsahu použitého odporového čidla a to pouze změnou jediného rezistoru. Referenční návrh se přitom opírá aplikační poznámku AN1154 s názvem „Precizní měření teploty s RTD“ (DS01154).

Uvedené řešení využívá „lokálního“ odporového čidla v provedení pro povrchovou montáž a zároveň druhého, které je mimo desku a může měřit vnější teplotu. Jednotlivá čidla se volí pomocí propojky JP2. Zároveň je na desce osazen zmíněný integrovaný senzor MCP9804, který rovněž monitoruje místní teplotu.

Výstupy obvodů MCP3551 a MCP9804 jsou vedeny do MCU PIC, který zároveň zajišťuje linearizaci průběhu čidla. Výstupem mikrokontroléru je pak USB rozhraní, kterým je obvod spojen s počítačem PC, kde se naměřené hodnoty zobrazují a případně zkreslují do grafu nebo ukládají do souboru.

Základní vlastnosti:

• Čidlo PT100 pro povrchovou montáž
• Konektor pro přiupojení externího čidla
• GUI teplotního managamentu
• 22-bit ADC typu MCP3551
• Srovnání získaných výsledků s integrovaným teplotním senzorem MCP9804 s tolerancí ±1°C
• Mikrokontrolér PIC18F2550
• USB rozhraní pro připojení k PC

Jak jednoduché je použití odporových teplotních senzorů je dobře vidět na zjednodušeném blokovém schématu na obr. 1.

Obr. 1: Zjednodušené blokové schéma referenčního návrhu

Realizace hardware:
Zde je možné vše shrnou do pouhých tří bodů:

1) Připojení k pomocí USB kabelu k PC
2) Volba externího nebo interního čidla pomocí propojky JP2
3) Spuštění programu Thermal Management

Nastavení software:
Jakmile se s pomocí USB rozhraní podaří navázat s mikrokontrolérem spojení, je možné spustit program Thermal Management. Pokud vše funguje jak má a hardware je úspěšně detekován, zobrazí se GUI aplikace (viz. obr. 2).

Obr. 2: Základní okno

Aplikace umožňuje nastavení některých základních parametrů, jako je například zobrazovaná jednotka, nebo funkce softwarové kalibrace teploty.

Ikony Play, Stop, Record a Reset (obr. 3) slouží k zahájení nebo ukončení záznamu průběhu teploty, který se ukládá do externího souboru. Interval záznamu lze nastavit jednoduše pomocí posuvníku a to v rozmezí od 100 ms do 30 s.

Obr. 3: Záznam průběhu teploty v reálném čase

Linearizace průběhu odporového teplotního čidla je zajištěna podle ASTM specifikace #E 1137 a kompletně je realizována v mikrokontroléru PIC.

Záznam dat lze konfigurovat přes dvojí kliknutí na graf, jak je vidět na obr. 4. Další možnosti jsou pak dostupné kliknutím pravým tlačítkem na graf. Jednoduchým kliknutím a tažením grafu se přizpůsobuje zobrazovaná oblast na konkrétní rozsah. Samozřejmě u grafu nechybí ani možnost exportu dat do souboru a další obvyklé funkce.

Obr. 4: Nastavení grafu

Softwarová kalibrace čidla

Nastavení:
Přesnou hodnotu ze senzoru je možné softwarově kalibrovat pomocí funkcí v GUI. Po spuštění aplikace je možné v menu vybrat funkci RTD Calibration, kde se zadá přesná aktuální teplota a potvrdí se kliknutím na tlačítko Calibrate. Tím se získá hodnota kalibračního offsetu, která se automaticky přenese do mikrokontroléru PIC a uloží do jeho interní paměti EEPROM. Velikost offsetu se samozřejmě zobrazuje i v GUI. Stiskem tlačítka Reset je možné obnovit výchozí stav, kdy je velikost kalibračního offsetu = 0.

Obr. 5: Kalibrace čidla

V GUI je rovněž možné nastavit aktuální hodnotu rezistoru R9 (na obr.1 je to Ra). Stiskem tlačítka Reset se pak provede nastavení výchozí hodnoty 6k8.

Obr. 6: Nastavení hodnoty R9

Nastavení MCP9804:
Obvod MCP9804 je polovodičové teplotní čidlo, které měří teplotu s přesností na ± 0,25 °C typ. a nebo ± 1 °C max. Rozsah měření obvodu je od -40 do +125 °C. Tento snímač má hned několik uživatelsky konfigurovatelných funkcí, jako je například limitní hodnota pro spuštění alarmu, hystereze a provozní režim (obr. 7). Výstup obvodu lze konfigurovat buď do funkce komparátoru, nebo tzv. přerušení s aktivním stavem ve vysoké nebo nízké úrovni. Rovněž je možné nastavit i rozlišení, aplikované při měření teploty.

Obr. 7: Konfigurace obvodu MCP9804

Více informací, stejně jako odkazy pro stažení uvedených programů, naleznete v dokumentu Resistive Temperature Detector (RTD) Reference Design.

Odkazy & Download:
Domovská stránka firmy Microchip
Přehled distributorů

Resistive Temperature Detector (RTD) Reference Design
Informace o obvodu MCP3551
Informace o obvodu MCP9804

Mizerný Nic moc Průměr Dobrý Vynikající

Zobrazit starší 30 dnů (3)...

host	1. ID: 35747, zaslal host Bez titulku Zrovna PT100 není moc dobrý příklad. Ty jsou dražší, než většina integrovaných snímačů s digitálním výstupem. :-)

Vložit odpověď

host

2. ID: 35749, zaslal host Re.: Bez titulku Srovnáváte nesrovnatelné .............. Odporové snímače typu PTxxx se používají z důvodu vysokého teplotního rozsahu -200/+800°C a dobré linearitě v celém rozsahu. S integrovanýma snímači se to už z principu nedá srovnávat a rozsah měřených teplot je zpravidla omezen na -20/125°C a přesnost se pohybuje 1 - 2% max..

Vložit odpověď

host	3. ID: 35828, zaslal host Re.: Bez titulku Temperature Sensing Range:-200°C to +800°C

Vložit odpověď

---

Nereagovat [ ]