Термопара +МК

[Easyrider83]

Мужики, подскажите, аналогичная проблема. Надо связать термопару и МК. В мк есть АЦП 10 бит, точности за глаза, но не хочется воротить сложный усилитель для термопары. С OP193 бился, не смог добится линейности. Все куда-то не туда усиливает. Есть готовые схемы? Вариант с МАХ6675 рассматривал. Во-первых, стоит слишком дорого, во-вторых, найти ее не реально, в третьих корпус не очень подходит. Что посоветуете?

[Erk61]

На деле всё довольно просто. Усилитель делаете по любой схеме разностного усилителя на операционнике с малым напрядением смещения и дрейфом (я брал TLV2254 - счетверённый, 38 руб в Терре). Даёте на вход дополнительное смещение, большее максимального смещения ОУ, чтобы при равенстве температур холодного и горячего спаев на выходе ОУ было больше 0 вольт. Подключаете к одному из входов АЦП МК.
Второй канал АЦП МК подключаете к датчику температуры типа LM35 (LM335) или аналогичный, установленному рядом с холодным спаем.
Затем калибруете прибор: измеряете встроенным АЦП смещение 0 при равенстве температур спаев и напряжение на выходе ОУ, соответствующее температуре горячего спая 100 градусов (погрузив датчик в кипящую воду).
До этого надо таким же образом откалибровать датчик температуры холодного спая - при комнатной температуре, измеряемой внешним термометром, и в кипящей воде. (чтобы избавиться от влияния опорного напряжения АЦП МК).
Дальнейшие вычисления, которые надо произвести МК для определения температуры, очевидны. И ведутся они относительно ЧИСЛА в регистре АЦП, а не соответствующего напряжения. При таком подходе становятся абсолютно неважны точность резисторов в обратной связи (они влияют только на подавление синфазных наводок на проводах термопары) и опорное напряжение МК - лишь бы оно было стабильно во время измерений (что обычно обеспечивается автоматически).
Единственное, что надо будет ориентировочно выбрать, так это коэффициент усиления разностного усилителя - чтобы при максимальной измеряемой температуре выходной сигнал ОУ не вышел за пределы измеряемого напряжения АЦП.
Основная ошибка обычно состоит в том, что разработчики используют ОДНОПОЛЯРНОЕ питание усилителей, забывая о том, что линейная область выходных характеристик даже Rail-to-rail ОУ начинается с примерно 200 мВ... Так что надо правильно выбирать напряжение смещения и использовать ДВУполярное питание ОУ.

[Easyrider83]

Ну на счет начального смещения и двухполярного напряжения спасибо, уяснил. Но все таки сложно получается. Придется два термодатчика ставить, сильно грузить МК математикой... как-то проще надо все. ЧТобы потом коэффициент ввести и получить хорошую линейность хотя бы на участке 200-300 градусов (делаю ИК паяльную станцию для BGA). Как бы уже склоняюсь к терморезистру. Мне большая погрешность не важна. Надо за определенное время набрать 250 градусов в камере с точностью до 5-10 градусов. Управление тэном пока придумываю. Есть оптический тиристр халявный, может на нем сделаю. А вообще хотел ШИМ применить на IRF740. Но тогда развязка не получится. В общем, пока подумаю еще.

[Erk61]

Без второго (первый - сама термопара!) термодатчика не выйдет - термопара ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ выдаёт напряжение, пропорциональное РАЗНИЦЕ температур горячего и холодного спаев. Можно, конечно, температуру холодного не мерить и принять её равной 20 или 25 градусов (кстати, именно так обычно делают в дешёвых мультиметрах) - но тогда вы точно ошибётесь на отличие реальной температуры от принятой... А математика там примитивная, единственно, что она должна быть не менее чем 16-битной при 10-разрядном АЦП. Всего-то операций - поделить измеренное значение на вычисленный при калибровке коэффициент... Кроме того, терморезисторы с такой рабочей температурой (порядка 300 град.) могут быть только платиновые, а для них нужна схема коррекции нелинейности - тоже с операционником в качестве усилителя. И опять-таки её надо либо калибровать (описанным способом), либо использовать резисторы с точностью не хуже 0,1%. Вдобавок - существенно худшее быстродействие (если для термопары реально добиться времени реакции порядка десятых долей секунды, то для терморезистора оно не менее 1,5 - 2 секунд). Плюс к тому ошибку внесёт ещё и нетосность источника опорного напряжения...

[Erk61]

Да, кстати - именно для паяльной станции ошибка в 5-10 градусов может оказаться роковой... Для многих компонентов максимальное время пайки при Т=300 град. составляет не более 10 сек. А превышение этой температуры выведет компонент из строя.

[Easyrider83]

Перебрав кучу схем, придумал я вот такую:

Первый операционник точный, ОР07Е, второй первый попавшийся, например TL072. Напряжение питания +/- 15В.
RV1 задает начальное смещение на входе первого операционника.
RV2 задает смещение на втором операционнике, фактически будет "запихивать" диапазон измеренных температур в диапазон работы АЦП 0..5В.
Протеус выдал такую вот линейнойсть:

Хочу теперь ваше мнение услышать. И буду готовить все к сборке.

[Erk61]

Можно гораздо проще и с однополярным питанием 5 В. Операционник - любой сдвоенный с полевиками на входе, работающий при однополярном питании и имеющий небольшое (до 2 мВ) напряжение смещения.
Плюс в том, что НИКАКИХ подстроек вручную делать не надо - всё калибруется программно. Допуски резисторов - 1%, конденсаторы - от 4700пФ до 0,01 мкФ.
Ещё один плюс этой схемы (в отличие от вашей) в том, что она не менее чем в 5000 раз подавляет синфазные наводки на провода термопары (а они будут - рядом с проводами термопары течёт довольно большой ток нагревателя).
Единственное требование к программе измерения - нужно УСРЕДНЯТЬ измерения напряжения на интервале 20 мс (прикидываете период измерения АЦП МК, делите на него 20 мс, округляете до ближайшей степени двойки - для упрощения деления - и отсчитываете нужное число измерений, суммируя результаты, потом сдвигаете сумму вправо на рассчитанную степень двойки). Так давятся помехи, кратные 50 Гц.
Без всего этого мерить вы будете всё, что угодно (наводки, шумы и т.п.), кроме действительной температуры.
Извините за неконтрастный pdf - делал быстренько
Успехов!

[Easyrider83]

Какой операционник посоветуете, конкретнее? Схема ваша мне как-то слабо понятна. U1.2 подавляет 50Гц помеху?
Чуть переработал вашу схему, изменил коэффициент усиления в три раза, и вот результат:


Не знаю, стоит ли верить в данном случае протеусу, но если стоит, то математика в МК не понадобится. Зависимость просто идеальная.

[Easyrider83]

А вот готовая схема. Пока отсутствует питание 5В, но это уже дело последнее и там уже по ситуации.

[Gnider]

1) MCP617 какое входное напряжение смещения,может поточнее взять ОУ?
2) R3=3M не много ли? Такое больше не рекомендуется ставить.
3) Резистор R8 я бы разбил на два и кондер C3 подключил (+) между ними,уменьшив номинал и вольтаж.
4) Схему включения IRF740 яб изменил чтобы он быстрее переключался.