열전대 증폭기를 만드는 방법

열전대는 온도를 측정하는 훌륭한 방법입니다. 서로 다른 금속에 대한 온도 변화의 영향으로 측정 가능한 전압이 생성됩니다. 그러나 해당 측정을 수행하려면 사용되는 열전대에 맞게 설계된 증폭기 회로가 필요합니다.

계측 증폭기에 대한 내 비디오의 후속 작업으로 "제로 드리프트 증폭기"를 조사하는 동안 여기에 표시된 LTC1049 데이터시트의 첫 페이지에서 작은 회로도를 발견했습니다. 나는 이것이 열전대 프로브 증폭이라는 유용하고 작은 애플리케이션을 달성하기 위해 일부 이득과 일부 "이득 도우미"가 필요한 아날로그 애플리케이션의 이상적인 예라고 생각했습니다.

비디오에서 나는 대부분의 시간에 볼 수 있는 유형인 K 유형 외에 열전대 자체에 대해 많이 이야기하지 않습니다. 이러한 프로브의 구성에 아직 익숙하지 않은 경우 유익한 글을 찾을 수 있습니다. Wikipedia 페이지의 열전대 및 다양한 유형에 대해 자세히 알아보고 싶다면 Analog Devices 앱 노트를 확인해 보세요. 제가 다룰 내용은 아래 비디오와 휴식 후 게시물의 나머지 부분에서 볼 수 있듯이 이러한 프로브에서 읽을 수 있는 신뢰할 수 있고 정확한 방법입니다.

다양한 열전대 센서는 서로 다른 온도 계수를 가지고 있습니다. 즉, 동일한 온도 변화에 대해 서로 다른 양의 전압을 생성합니다. 일반적으로 섭씨 온도당 볼트(v/°C)로 지정됩니다. 센서의 온도 계수를 아는 것은 방정식의 절반에 불과합니다. 또한 영점을 정확히 잡아야 합니다. 즉, 교정된 기준점을 설정해야 합니다. 센서를 얼음물에 담그는 것과 같이 알려진 온도를 적용하는 것은 알려진 기준 온도를 설정하는 방법이지만 불편하더라도 간단합니다. 기본적으로 우리는 거기에서 0C당 볼트 변화를 측정할 수 있습니다. 아래는 그래프를 보여주는 것입니다

또는 다양한 열전대의 다양한 온도 계수를 복제할 뿐만 아니라 매우 합리적인 교정을 제공하도록 만들어진 칩인 LT1025와 같은 CJC(Cold Junction Compensator)를 사용할 수도 있습니다.

뒤에서 CJC는 또 다른 열전대 또는 온도계 역할을 하며 열전대가 보이는 전압을 변경합니다. 이 경우에는 실온에 있으며 다른 비선형성도 수정합니다. 열전대가 CJC에 의해 구동되면 열전대의 출력은 상당히 선형적이고 상당히 보정됩니다.

이 빠른 데모에서는 한 단계 더 나아가 LT1025 CTC와 별도로 LTKA0x로 알려진 정합 증폭기로 구성된 LTK001(PDF)이라는 Linear Technology의 칩셋을 사용했습니다. LTKA0x의 사양을 잠깐 살펴보면 이 애플리케이션에서 작동하는 이유에 대해 많은 것을 알 수 있습니다. 즉, 개방 루프 이득이 높고 입력 전류 및 입력 전류 오류가 매우 낮습니다. Analog Devices는 개방형 루프 이득(PDF)에 대한 훌륭한 글을 보유하고 있으며 앞으로 바이어스 전류 및 오류에 대해 더 자세히 이야기할 수 있습니다.

내가 사용한 회로도는 여기에 있으며 몇 가지 다른 샘플 회로의 합성물이었습니다. 이 회로를 생산 실행으로 수행하려면 트림 포트(및 교정 절차)도 포함할 것이라고 생각합니다.

PCB 레이어는 아래에 표시되어 있으며 관심 있는 사람이 있으면 Gerber를 사용할 수 있도록 할 수 있습니다. 바닥은 접지면 채우기이므로 접지 추적을 쉽게 찾을 수 없습니다.

이 회로를 사용하면 ADC(아날로그-디지털 변환기)가 있는 경우 즐겨 사용하는 컨트롤러에 인터페이스할 수 있는 충분한 이득을 제공하는 간단한 열전대 증폭기를 구현할 수 있습니다. 이는 섭씨 온도당 밀리볼트 단위로 표시되므로 소프트웨어에서 화씨로 변환해야 하며 이는 매우 간단합니다.