Cómo construir un amplificador de termopar

Un termopar es una excelente manera de medir la temperatura. Los efectos del cambio de temperatura en metales diferentes producen un voltaje medible. Pero para realizar esa medición, necesita un circuito amplificador diseñado para el termopar que se está utilizando.

Mientras investigaba "Amplificadores de deriva cero" como seguimiento de mi video sobre Amplificadores de instrumentación, noté el pequeño esquema en la página principal de la hoja de datos LTC1049 que se muestra aquí. Pensé que era un ejemplo ideal de una aplicación analógica en la que se necesitaba cierta ganancia y algún "ayudante de ganancia" para lograr nuestra pequeña y útil aplicación de amplificación de una sonda de termopar.

En el video, realmente no hablo mucho sobre los termopares en sí, aparte del tipo que veo la mayor parte del tiempo, que es el tipo K. Si aún no está familiarizado con la construcción de estas sondas, puede encontrar un artículo informativo. sobre termopares y los diferentes tipos en la página de Wikipedia y también puede consultar la nota de la aplicación Analog Devices si desea obtener más información. Lo que cubriré es una forma confiable y precisa de leer estas sondas, que se ve en el video a continuación y en el resto de la publicación después del receso.

Diferentes sensores de termopares tienen diferentes coeficientes de temperatura, lo que significa que generarán diferentes cantidades de voltaje para el mismo cambio de temperatura, generalmente especificado en voltios por grado Celsius (v/◦C). Sabiendo que el coeficiente de temperatura de un sensor es solo la mitad de la ecuación, también necesitamos precisar el punto cero, lo que significa que establecemos un punto de referencia calibrado. Aplicar una temperatura conocida, como sumergir el sensor en agua helada, sería una forma sencilla, aunque inconveniente, de establecer una temperatura de referencia conocida. Básicamente, podríamos ponernos a cero y medir el cambio en voltios por grado C desde allí. A continuación se muestra un gráfico que muestra

Alternativamente, podríamos usar un compensador de unión fría (CJC) como el LT1025, un chip hecho no solo para replicar los diferentes coeficientes de temperatura de los diversos termopares, sino también para brindarnos una calibración bastante razonable.

Detrás de escena, el CJC actúa como otro termopar o termómetro y cambia el voltaje visto por el termopar, que en nuestro caso está a temperatura ambiente, y también corrige algunas otras no linealidades. Con el termopar accionado por el CJC, la salida del termopar es entonces bastante lineal y bastante calibrada.

Para esta demostración rápida fui un paso más allá y usé un conjunto de chips de Linear Technology llamado LTK001 (PDF) que se compone de un CTC LT1025 y un amplificador combinado conocido por separado como LTKA0x. Un vistazo rápido a las especificaciones del LTKA0x muestra mucho sobre por qué funciona en esta aplicación: tiene una alta ganancia de bucle abierto y corrientes de entrada y errores de corriente de entrada muy bajos. Analog Devices tiene un buen artículo sobre la ganancia de bucle abierto (PDF), podemos hablar más sobre la corriente de polarización y los errores en el futuro.

El esquema que utilicé está aquí y fue un compuesto de un par de circuitos de muestra diferentes, si tuviera que hacer este circuito como una producción, creo que también incluiría un potenciómetro de ajuste (y un procedimiento de calibración).

Las capas de PCB se muestran a continuación y puedo hacer que los Gerber estén disponibles si alguien está interesado. La parte inferior es un relleno de plano de tierra, por lo que las huellas de tierra no son fáciles de detectar.

Con este circuito, puede realizar un amplificador de termopar simple que debería brindarle suficiente ganancia para conectarse a su controlador favorito, siempre que tenga un convertidor analógico a digital (ADC). Como esto se lee en milivoltios por grado Celsius, tendrá que hacer la conversión a Fahrenheit en el software, lo que debería ser sencillo.