Medición de temperatura de alta resolución | Analog Devices

El amplificador de termopar AD8494 incluye un sensor de temperatura incorporado, que normalmente se utiliza para la compensación de la unión fría, lo que permite utilizar la unidad como un termómetro Celsius independiente conectando a tierra las entradas del termopar. En esta configuración, el amplificador produce una tensión de salida de 5 mV/°C entre la salida y las patillas de referencia (normalmente conectadas a tierra) del amplificador de instrumentación incorporado. Uno de los inconvenientes de este enfoque es la baja resolución del sistema que se obtiene cuando se miden rangos de temperatura estrechos. Piensa en esto: un ADC de 10 bits que funciona con una sola alimentación de 5 V tiene una resolución de 4,88 mV/LSB. Esto significa que el sistema mostrado en la Figura 1 tiene una resolución de aproximadamente 1°C/LSB. Si el rango de temperatura de interés es estrecho, por ejemplo 20 °C, la salida varía en 100 mV, utilizando sólo 1/50 del rango dinámico disponible del ADC.

Figura 1: Termómetro simple.

El circuito de la figura 2 resuelve este problema. Como antes, el amplificador produce una tensión de 5 mV/°C entre las patillas de salida y de referencia del amplificador de instrumentación. Sin embargo, la clavija de referencia está ahora controlada por el amplificador óptico AD8538 (configurado como seguidor de ganancia unitaria), por lo que la tensión de 5 mV/°C aparece a través de R1. La corriente que fluye por R1 también fluye por R2, generando una tensión sensible a la temperatura a través de la combinación en serie que es (R1 + R2)/R1 veces la tensión en R1. Con los valores indicados, la tensión de salida varía a 20 × 5 mV/°C = 100 mV/°C, por lo que un cambio de temperatura de 20°C produce un cambio de tensión de salida de 2 V. La nueva resolución del sistema de 0,05°C/LSB es una mejora de 20:1 respecto al circuito original. El AD8538 amortigua la red de resistencias, conduciendo la patilla de referencia con baja impedancia para mantener un buen rechazo de modo común y precisión de ganancia.

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Figura 2
Figura 2: Medición de temperatura de alta resolución.

Hay que tener cuidado de adaptar la sensibilidad del sistema al rango de temperatura deseado. Por ejemplo, la tensión de salida es de 2,5 V a 25 °C, por lo que el sistema puede medir con precisión de 5 °C a 45 °C porque la tensión de salida varía de 0,5 V a 4,5 V.

Un circuito como el de la figura 3 ofrece una mayor sensibilidad y rangos de temperatura personalizables. El divisor de resistencia formado por R3 y R4 simula la tensión del termopar necesaria para desplazar el amplificador, poniendo a cero su tensión de salida en el nivel deseado. Si VDD es ruidoso, se podría utilizar un circuito de referencia de tensión y divisor de precisión para proporcionar un ajuste de compensación más silencioso y preciso. Como se muestra, el circuito tiene una tensión de salida de unos 0,05 V a 25°C, una sensibilidad de 100 mV/°C (resolución de 0,05°C/LSB) y un rango de funcionamiento de unos 25°C a 75°C.

El AD8494 tiene un error de desplazamiento inicial de ±1°C a ±3°C, por lo que el usuario debe incluir una calibración de desplazamiento para mejorar la precisión absoluta.

Figura 3
Figura 2: Medición de temperatura de alta resolución.
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