熱電対アンプの作り方

熱電対は温度を測定するための優れた方法です。 異種金属に対する温度変化の影響により、測定可能な電圧が生成されます。 ただし、その測定を行うには、使用する熱電対用に設計された増幅回路が必要です。

計装アンプに関する私のビデオのフォローアップとして「ゼロ ドリフト アンプ」を調べているときに、ここに示されている LTC1049 データシートの最初のページにある小さな回路図に気づきました。 これは、熱電対プローブを増幅するという便利な小さなアプリケーションを達成するために、何らかのゲインと何らかの「ゲイン ヘルパー」が必要となるアナログ アプリケーションの理想的な例だと思いました。

このビデオでは、私がよく見るタイプ K 以外の熱電対自体についてはあまり話していません。これらのプローブの構造にまだ慣れていない場合は、有益な記事を見つけることができます。熱電対とさまざまなタイプについては Wikipedia ページをご覧ください。さらに詳しく知りたい場合は、アナログ デバイセズのアプリ ノートもご覧ください。 私が取り上げるのは、これらのプローブから読み取る信頼性が高く正確な方法です。これは、以下のビデオと休憩後の投稿の残りの部分で見られます。

異なる熱電対センサーは異なる温度係数を持ち、同じ温度変化に対して異なる量の電圧を生成することを意味します。通常、摂氏 1 度あたりのボルト (v/°C) で指定されます。 センサーの温度係数は方程式の半分に過ぎないことがわかっているため、ゼロ点を特定する必要があります。これは、校正された基準点を確立することを意味します。 センサーを氷水に浸すなど、既知の温度を適用することは、不便ではありますが、既知の基準温度を確立する簡単な方法です。 基本的にはゼロにして、そこから 1 ℃あたりのボルトの変化を測定できます。 以下はグラフを示しています

あるいは、LT1025 などの冷接点補償器 (CJC) を使用することもできます。このチップは、さまざまな熱電対の異なる温度係数を再現するだけでなく、かなり合理的な校正を行うために作られたチップです。

CJC は舞台裏で別の熱電対または温度計として機能し、熱電対から見た電圧 (この場合は室温) を変更し、その他の非直線性も補正します。 熱電対が CJC によって駆動されると、熱電対の出力はかなり線形になり、適切に校正されます。

この簡単なデモでは、さらに一歩進んで、LTK001 (PDF) と呼ばれる Linear Technology のチップセットを使用しました。これは、LT1025 CTC と、LTKA0x として別名で知られる整合アンプで構成されています。 LTKA0x の仕様をざっと見ると、LTKA0x がこのアプリケーションで機能する理由がよくわかります。高い開ループ ゲイン、非常に低い入力電流と入力電流誤差を備えています。 Analog Devices はオープン ループ ゲインに関する優れた記事 (PDF) を提供しています。将来的には、バイアス電流と誤差についてさらに詳しく説明できると思います。

私が使用した回路図はここにあり、いくつかの異なるサンプル回路を組み合わせたものです。この回路を実稼働として実行する場合は、トリム ポット (およびキャリブレーション手順) も含めると思います。

PCB 層を以下に示します。興味のある方はガーバーを利用できるようにします。底部はグランド プレーンで埋められているため、グランド トレースを見つけるのは簡単ではありません。

この回路を使用すると、アナログ - デジタル コンバーター (ADC) が備わっている場合、お気に入りのコントローラーに接続するのに十分なゲインを与える単純な熱電対アンプを実現できます。 これは摂氏 1 度あたりのミリボルトで読み取られるため、ソフトウェアで華氏への変換を行う必要がありますが、これは簡単なはずです。