Analogtipp Thermoelemente des Typs T an den Verstärker AD8495 anschließen

Thermoelemente des Typs T zeichnen sich durch eine Reihe von Vorteilen aus und werden deswegen gerne eingesetzt. Wie zeigen in diesem Tipp, wie man einen Verstärker für Thermoelemente des Typs K mit interner Kaltstellenkompensation auch für den Typ T verwenden kann.

Anbieter zum Thema

SAB Bröckskes GmbH & Co KG

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Analog Devices

Thermoelemente bieten eine gängige und preiswerte Möglichkeit um genaue Temperaturmessungen über große Bereiche durchzuführen. Thermoelemente des Typs T (Kupfer/Konstantan) sind empfindlich, stabil, einfach herstellbar und gegenüber Luftfeuchte tolerant. Aufgrund der Kupfer/Kupfer-Verbindung zur Leiterplatte kann man auf den Einsatz eines isothermischen Blocks verzichten. Dies sind einige der Hauptgründe, weshalb Entwickler Thermoelemente des Typs T für viele Anwendungen wählen. Angefangen bei Anwendungen wie Katheder bis hin zu Lösungen für die Lebensmittelproduktion, bei denen man ohne den vollen Temperaturbereich anderer Thermoelemente, wie zum Beispiel Typ K, auskommt.

Analog Devices fertigt Verstärker für Thermoelemente mit interner Kaltstellenkompensation, jedoch nicht für Thermoelemente des Typs T. Glücklicherweise haben Verstärker vom Typ T und vom Typ K bis hinauf zu etwa 100°C ähnliche Spannungseigenschaften. Typ-K-Aufbereitungsschaltungen wie die Bauteile AD8495 oder AD8497 können die damit verbundenen Vorteile nutzen, um Messungen mit Thermoelementen des Typs T mit geringen Fehlern durchzuführen.

Die Ausgangsspannung für höhere Temperaturen weicht von der idealen Übertragungsfunktion um 5 mV/°C des AD8495 ab. Somit ist es erforderlich, die Differenz mit einer Look-up-Tabelle oder einer Polynom-Funktion zu berücksichtigen. Die Kurve in Bild 1 wurde mit Hilfe der Typ-T-Thermoelementtabelle gemäß NIST (National Institute of Standards and Technology) und der Übertragungsfunktion des AD8495 gewonnen, um das Ausgangsverhalten des AD8495 bei verschiedenen Referenz-Übergangstemperaturen zu zeigen.

Die Kurve oder ein Polynom sechster Ordnung kann verwendet werden, um die Ausgangsspannung auf die gemessene Temperatur abzubilden.

U_OUT [mV] = a₀ + a₁×T + a₂×T² + … + a₆×T⁶ mit den Koeffizienten a₆: 2, 115^–16; a₅: –2,116^–12; a₄: 2,602^–09; a₃: –4,238^–06: a₂: 5,548^–03; a₁: 4,728; a₀: 1,099.

Über den gesamten Temperaturbereich der Messung von –200 bis 350°C und einem Referenz-Übergangstemperaturbereich von 0 bis 50°C ergibt sich ein berechneter Fehler dieses Polynoms von etwa –2,50 bis 2,28 mV. Dies entspricht einer Abweichung von weniger als ±0,5 °C. Toleranzen des Thermoelements und Fehler des Verstärkers AD8495 kommen noch hinzu.

Man beachte, dass die Ausgangsspannung bei Temperaturen unter 0°C negativ ist. Die Ausgangsspannung wird mit Bezug auf den Referenzanschluss (REF) gemessen. Somit kann die Spannung am REF-Anschluss angehoben werden, um die negative Ausgangsspannung mit einer unipolaren Versorgungsspannung zu berücksichtigen.

Das Datenblatt für den Thermoelementverstärker AD8495 mit Kaltstellenkompensation enthält wichtige Betrachtungen für die Entwicklung von Anwendungen mit Thermoelementen. Dazu gehören Themen wie Masseführung, Filterung von Interferenzen und Layout-Praktiken, um Bausteintemperatur und Referenz-Übergangstemperatur gleich zu halten.

* Scott Hunt arbeitet als Produkt-Applikationsingenier in der Linear Products Group von Analog Devices in Wilmington, USA.

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