Esta guía del usuario describe el funcionamiento de los productos de precisión de Intersil en aplicaciones de sensores de temperatura. También proporciona una descripción funcional de cómo funciona esto. Además, la guía proporciona consideraciones de diseño, una lista de materiales y esquemas para el diseño de referencia.
prólogo
Este diseño de referencia demuestra los productos de precisión de Intersil en acción en una aplicación de sensor de temperatura. Esta aplicación utiliza la adquisición de datos Intersil (DAQ) en un diseño de referencia de varilla modificado para funcionar con el sensor de temperatura Semitec 103AP-2 RTD. El sistema funciona en un rango de temperatura de -60 °C a +150 °C. La precisión es mejor que ±1°C.
El diseño de referencia demuestra una solución de cadena de señal completa de sensores Semitec, componentes de acondicionamiento de señal que consisten en resistencias de precisión Vishay y componentes de precisión Intersil, microcontrolador Renesas G1C e interfaz gráfica de usuario (GUI).Esta es una demostración completa. La Figura 1 muestra un DAQ en un dispositivo conectado a un sensor de temperatura Semitec externo.
La figura 2 muestra un diagrama de bloques simplificado del diseño del sensor de temperatura. Este diseño utiliza termistores Semitec 103AP-2, resistencias de precisión Vishay Precision Group 500Ω ±0,1 %, amplificador de instrumentación Intersil ISL28634, referencia de voltaje de precisión ISL21090 de 2,5 V, referencias de voltaje de precisión ISL21010 de 3,3 V y 4,096 V, delta de 24 bits ISL26104 que estoy usando un convertidor sigma. , y un microcontrolador Renesas R5F10JBC.
Característica Descripción
La energía del sistema es suministrada por el voltaje VBUS de 5 V desde el puerto USB de la computadora. Cuando el DAQ on stick se conecta al conector USB de la computadora, se aplica al sistema.
La resistencia del termistor Semitec 103AP-2 cambia a medida que cambia la temperatura del termistor. El rango de temperatura es de -60°C a +150°C. Una resistencia típica a -60 °C es de 600,6 kΩ y una resistencia típica a +150 °C es de 308,7 Ω. 10 kΩ a +25°C. El cambio de temperatura y resistencia de un termistor no es lineal. Semitec proporcionó una tabla de búsqueda de “Temperatura frente a resistencia” que cubre un rango de temperatura de -60 °C a +150 °C en incrementos de 0,1 °C.
Se establece una corriente de polarización en el sensor de temperatura conectando un lado del sensor de temperatura a tierra y el otro lado en serie con una resistencia de precisión de 500 Ω (RREF) conectada a una referencia de voltaje ISL21010 de 3,3 V. (consulte la Figura 2). Para obtener la mejor precisión, utilice una resistencia de precisión de ±0,1 % para RREF y una referencia de voltaje de precisión de ±0,2 % para el suministro de 3,3 V.
A medida que la resistencia del termistor cambia con la temperatura, la corriente a través del circuito de polarización cambia, lo que da como resultado un cambio en el voltaje diferencial a través de las resistencias RREF. El voltaje a través de la resistencia RREF está relacionado con la resistencia del termistor, que varía según la fórmula:
dónde:
Vdiff = diferencia de voltaje de Rref
RTD = resistencia del termistor (dependiente de la temperatura)
Ref = 500Ω ±0,1%
Esta fórmula se utilizó para convertir la tabla de búsqueda de “Temperatura frente a resistencia” de Semitec en una tabla de búsqueda de “Temperatura frente a Vdiff”. Se utiliza una tabla de búsqueda en el software GUI para convertir la lectura de voltaje digitalizada del sensor a una temperatura para mostrar. La relación entre la temperatura y el voltaje no es lineal, por lo que el enfoque de la tabla de búsqueda brinda las lecturas más precisas.
Un amplificador de instrumentación conectado a través de la resistencia RREF lee el voltaje Vdiff y lo envía al ADC. El uso de una resistencia de 500 Ω para RREF da como resultado un rango de voltaje Vdiff de 2,74 mV a -60 °C a 2,04 V a 150 °C. El voltaje máximo de Vdiff está en el rango dinámico positivo máximo del ADC, por lo que la ganancia del amplificador se establece en 1 V/V. Conecte una referencia de voltaje de 2,5 V al pin REF del amplificador de entrada para polarizar la señal en el ADC para un funcionamiento adecuado.
El ADC está configurado para operar en modo continuo, enviando un indicador de interrupción al microcontrolador cada vez que una nueva muestra de conversión de datos está lista para ser leída. Cuando el microcontrolador recibe una interrupción, inicia una secuencia de comunicación serial SPI que lee una palabra de datos de complemento a dos de 24 bits digitalizada y la almacena en la memoria del microcontrolador. Luego borra el indicador de interrupción y se prepara para recibir otra muestra del ADC. Además, recupera las muestras almacenadas y las envía a la GUI de la computadora a través de una conexión USB.
La GUI toma esta muestra digitalizada de complemento a dos de 24 bits y la convierte en un valor de voltaje. Luego busque los valores de voltaje en una tabla de búsqueda para encontrar los valores de temperatura correspondientes. Una vez que se encuentra el valor de temperatura, lo muestra en la pantalla GUI y traza el valor en un gráfico. También almacena los valores en una lista (array). Esto permite al usuario generar imágenes gráficas y exportar datos de temperatura, datos de voltaje y valores hexadecimales de salida ADC a un archivo de Excel.