[参考译文] ADS112U04：ADS112U04：读取低热电偶电压

感谢 Bob。

我已确认我正在使用的转换 是正确的。 (最终输出电压、我在示例中错误地考虑了原始值(51h)的八进制(121)而不是十进制(81)、因此您的计算与我的不同)

我 已经尝试更改多路复用器设置以使用内部短路来检查偏移、并且我得到了偏移≈(-0.771) 、这导致最终输出电压(VTC = 0.158 -(-0.771)= 0.929)为0.929、这非常接近我们在室温下的预期。

我们还将 LM94022用于 CJC，但 使用 ADS112U04的温度传感器模式的冷端 T (CJ)的温度过高≈24°C (将寄存器00h 更改为 B1h 用于 CJC 测量)。 因此、对于最终的热电偶温度、我们不会添加 VTC 和热电冷端电压 Vcj。

尊敬的 Bob：

对于 TC、CJ 和偏移测量、我将使用如下所示的寄存器设置：

1)对于 TC

2)用于 CJ

3) 3)偏移量

使用增益32进行 TC 和失调电压测量、并按照9.2.1.2节详细设计过程中所述、使用 ADS112U04的温度传感器模式测量冷端的温度。 我正在读取偏移值(将偏移值设为0)、但未将其纳入最终的 TC 温度计算中。 计算 热电偶温度的伪代码看起来是这样的、

环路

｛

将 IC 配置为读取冷端温度；

当数据就绪时、14位 LSB 的计算大小等于0.03125°C (CJ_temp = codes * 0.03125)；

配置 IC 以读取热电偶电压；

如果数据就绪、计算 uV 代码的大小(tc_uVolt = code * 2048000/(32*32768))；

使用公式将冷端温度转换为等效热电电压(cjVolt)；

添加 tc_uVolt 和 cjVolt (以 uVolt 为单位)、并使用公式将求和转换回温度(tC_temperature = VoltToTemp (tC_uVolt + cjVolt)))；

｝

此外、还应附上振荡器的屏幕截图、其中显示了 ADS112U04和微控制器之间的通信。 TX 是从微控制器发送的数据、RX 是从 ADS112U04.e2e.ti.com/.../ADS_5F00_Communication.zip 接收的数据

您好 Heli、

您实际上可以使用 ADS122U04的内部温度传感器来设置 TS 和 CJ 寄存器(在这两种情况下、寄存器1都设置为0x01、从而启用温度传感器模式。)  返回的值在两种情况下都应相似、并且相对相似。   最好使用另一个传感器进行验证并关联 CJ 温度。

您能告诉我您对 TC 的预期温度是多少？  我正在计算大约0度 C。 此外、您能否进行一系列连续且连续的转换、转换大约为10到20个样本、以便我可以确定是否存在明显的噪声？  一个样片没有给我提供太多信息。

此致、

Bob B

尊敬的 Bob：

在环境温度下，我们得到 TC 电压≈-0.314mV，CJ 温度≈32°C (等效热电电压，CJ_VOLT = 1.285mV)这会导致最终 TC 温度 ≈24°C (CJ_VOLT + TC_VOLT = 1.285 - 0.314 = 0.971mV，以查看表得出24°C )，这看起来是有效的。 但是、当我们将热电偶加热到50°C 时、最大  TC 电压≈0.101mV 、相同的 CJ_temp = 32°C、这会导致最终的 TC 温度≈35°C (过低、预期为50°C)。

随附的文件显示 了在不同时间(节拍 ms)、环境温度和50°C 高温下从 ADS 接收到的 TC 原始数据

e2e.ti.com/.../TC_5F00_raw_5F00_data_4000_temp23.txte2e.ti.com/.../TC_5F00_raw_5F00_data_4000_temp50.txt

您好 Heli、

您为什么假设 CJ 温度保持不变？  您是使用 ADS112U04的内部温度传感器还是使用外部温度传感器测量 CJ？  您是否比较了2个传感器的结果？ 冷端应位于热隔离点、TC 导线应连接到 PCB。  如果您具有不同金属的接头、则会有多个 CJC。  我看到一个案例、客户必须测量连接器内部的温度、这就是 CJ 测量对获得良好结果的重要性。  如果 ADS112U04不在热隔离区域中、则可能无法正确测量 CJ 温度。  我建议您在每10 TC 次测量后尝试测量 CJ。  如果数据速率为20sps、这将是每500ms 进行一次 CJ 测量。

此致、

Bob B

尊敬的 Bob：

我将按照数据表中的建议、使用 ADS 的内部温度传感器测量 CJ。 如何使用外部温度传感器测量 CJ？

随附的是我们使用的热电偶图像(大约2英尺 长)。 ADS112U04和 LM94022 (非常靠近电路板连接的热电偶)距离加热点2英尺。 因此、如果我们加热热热热热电偶、则不会影响 CJ 温度、CJ 保持不变。

随附的文件显示了从 ADS 接收到的 CJ 温度原始数据(变化不大，CJ 温度≈32°C)和热电偶加热至100°C 时的 TC 电压(最大 TC 电压为2.166mV，最终 TC 温度≈32°C + 52°C = 82°C，预计 为≈100°C)。

e2e.ti.com/.../TC_5F00_CJ_5F00_data.zip

e2e.ti.com/.../TC_5F00_Image.zip

您好 Heli、

我看到有一些困惑。  内部温度传感器为 ADS112U04、外部温度传感器为 LM94022。  根据您之前的寄存器设置、您永远不会实际测量 LM94022。  我假设 LM94022是冷端(CJ)处的器件。

遗憾的是、我无法看到所有连接点、但您似乎在使用板层叠和层叠底部的 TC 连接器。  CJ 测量必须在连接器的精确位置进行。  如果未将 ADS112U04放置在连接器上、您将无法获得有效的测量结果。

至于 CJ 温度的稳定性、它将因对流和 CJ 周围物体的发热而变化。  它可能不超过几度、但不是静态的。

此致、

Bob B

您好 Heli、

您能否向我展示 PCB 布局以及进行 CJ 测量的位置？

此致、

Bob B

您好 Heli、

从您之前的帖子中、您显示了以下内容：

正如我在上一篇文章中所述、将寄存器0x01设置为1、会打开内部温度传感器、因此您不会读取寄存器0x00中设置的多路复用器输入设置值。  TS 位设置优先于多路复用器设置。

要测量冷端、您可以使用一种方法而不是另一种方法。  您不能同时使用这两种方法。  要使用 LM94022、您需要将寄存器0x01设置为0x00、而不是0x01。

此致、

Bob B

尊敬的 Bob：

ADS112U04的 AIN3连接到 LM90422的输出。 那么、将寄存器00h 更改为 B1h (AINp=AIN3、AINn = AVSS)不会使用 LM90422测量冷端温度？ 表25下方的数据表中有一条注释、 其中显示了使用 LM90422测量冷端温度的寄存器设置。  

此外、9.2.1.2详细设计流程建议了使用 ADS112U04的温度传感器模式补偿冷端温度的算法。

如果我将寄存器01h 更改为00h、则从 IC 发送的值为≈0xE635、但由于这是 LSB 优先、因此实际的 ADC 代码为0x35E6 (十进制13798)。  转换为电压后、一个代码的值约为62.5uV (Vref /(增益* 2^ 15))、Vref = 2048000uV、增益= 1)。  因此返回的值为13798*62.5 uV =862375 uV =862.375mV。 那么、862.375mV 是需要在表中查找以获得 CJ 温度的电压？

您好 Heli、

是的、一旦 LM94022的电压转换完成、您就可以查找表中的值。  我看到该表显示了大约31.5摄氏度、这似乎与 ADS112U04内部温度传感器相关。

我仍然希望看到 TC 输入周围的 PCB 布局以及 ADS112U04和 LM94022的位置、因为它与冷端的位置相关。  如果你不能给我发光绘，那一个区域的图片也会很有用。

在9.2.1节的数据表中、方框图显示了如何使用 LM94022来测量 CJ 的温度。  在第52页的讨论中、可以使用内部温度传感器进行 CJ 测量。  在该页面的最后一段中、提到在某些情况下、使用内部温度传感器进行 CJ 测量可能不够。  此时、讨论内容更改为使用 LM94022等器件。

表25中的注释说明了使用 LM94022时的设置、如方框图所示。  请注意、该表未显示也未讨论打开内部温度、而是仅更改测量的多路复用器设置。

因此、根据 ADS112U04相对于 CJ 的放置位置、可以使用内部温度传感器。  但在任何情况下、您都可以使用最佳方法来测量 CJ。

我想问的另一件事是、您如何确定预期温度？  您知道如何预期50度或100度？

此致、

Bob B

尊敬的 Bob：

附加电路板布局和装配体文件。 以下是您可能需要的信息。

热耦合器连接器是一个 Spark Fun 热电偶连接器- PCC-SMP-K、器件型号：

PRT-13612

Type-K 热耦合器连接器(电路板布局文件中的 ECE-J6)引脚+尽可能靠近 R6电阻器、-Pin 连接到 R7、尽可能靠近。 PRT-13612是一个通孔连接器、位于电路板的顶部、而其余的温度传感器/Type-k 放大器电路组件位于电路板的底部。 此电路板具有一个带有专用接地和电源平面的4层堆叠。

以下是电路板特性：

电路板尺寸：4英寸 x 7英寸

厚度：0.092英寸

层数：4.

覆铜厚度：2盎司、2盎司、2盎司、2盎司

材料：FR-4镀铜 HASL

屏蔽：绿色

丝印：白色

构建标准：IPC-600F III 类

e2e.ti.com/.../Board_5F00_layout.zip

您好 Heli、

我们几乎是 there...can 我看到的是相同的 PDF 图、但作为单独的图层而不是完整的堆叠？

谢谢、

Bob B

尊敬的 Bob：

为了确定预期的 TC 温度、我将使用另一个连接到数字万用表的热电偶。  在加热热热热热热电偶时、我将两个 TC 放置在彼此靠近的位置、以便可以在相同温度下同时比较两个 TC 的温度。

附上 ADS 和 LM94022安装区域的图片。

尊敬的 Bob：

这可能是您所关注的：

e2e.ti.com/.../board_5F00_layout.pdf

您好 Heli、

你给了我很多好的信息。  我会尽快回应，并提出一些建议。  我缺少的最后一条信息是有关如何确定 TC 温度的信息？

谢谢、

Bob B

您好 Heli、

我相信您的操作过程中没有任何不正确之处。  剩下的是与您使用的 TC 相关的精度、CJ 测量以及您在测试中根据热电偶温度进行的温度测量的精度。  ADC 的内部温度和外部温度似乎相当接近。  我相信您可以改善 CJ 的隔离区域。  我建议阅读以下文件：

http://www.ti.com/lit/an/sbaa189/sbaa189.pdf

尽管本文档专门涉及 ADS1118、但对于任何 TC、测量原理都是相同的。  具体而言、请查看第3页的 CJ 部分。  理想情况下、您应该具有输入连接器处温度的测量值。  在布局中、连接器通过电路板、与隔离的铜区域几乎没有直接接触。  有大量的铜区域、但没有任何区域可以稳定连接器入口本身的连接点。  ADS112U04和 LM94022的内部温度传感器均位于 TC 连接之外、更靠近一侧、而不是两者之间。

ADS112U04EVM 用户指南介绍了我用于 EVM 创建等温区的方法。  

http://www.ti.com/lit/ug/sbau288/sbau288.pdf

查看输入连接器周围的布局区域。  电路板布局显示在用户指南的末尾。  AIN1和 AIN2的连接位于 J6。  您将看到、在每一层上、我都在铜区域的其余部分进行了切割、并从顶部到底部穿过过孔、以使该区域在铜区域保持连接和稳定。  在底部、我使用 RTD 来测量 CJ 温度(RT1)、该温度被放置在等温区和连接器的两个输入引脚之间。  如果 EVM 专为 TC 测量而不是不同的可能测量而设计、则即使这样做也可以得到改进。

您使用的布局方法是否会导致您看到的问题？  也许不是、但我会就未来可能的改进提出这些建议。  您可能会在当前布局中看到铜区域的显著漂移。

我还没有听说过您是如何测试的。  首先、我将尝试使用直流电压源或 TC 仿真器进行电压输入测量。  您还可以尝试测量冰水浴和沸水中的 TC、以查看您在室温两个方向上看到的差异。

此致、

Bob B

尊敬的 Bob：

感谢详细解释。 我们已经尝试使用函数发生器进行电压输入测量。 随附的图像显示了函数发生器的详细信息和我们所做的设置(所选方波的电压范围为1-50 mV，占空比为50%)。 还附加了在环境温度下测量的图形和 TC 伏特。

为了测试连接到电路板的 TC 的温度、我们将使用另一个连接到万用表(Keithley 2110-100 5 1/2位万用表) TC 输入端的热电偶、并在测量数据时将两者放在一起。 对于高温，我们使用热风枪，使两个 TC 彼此接近，以便我们可以比较两个 TC 数据(应该相等，但我们观察到与 万用表连接的 TC 相比，连接到电路板的 TC 温度较低)。

我们将尝试 测量冰水浴和沸水中的热电偶、然后返回给您结果。

e2e.ti.com/.../Input_5F00_volt_5F00_measurement.zip

尊敬的 Bob：

这里是在将 TC 置于冰水中、沸水中、然后再次置于冰水中时获取的 TC 电压读数。 我们还使用另一个连接到万用表的 TC 测量了冰水和沸水温度、分别为≈0.2°C 和98°C。

e2e.ti.com/.../TC_5F00_volt_5F00_measurement_5F00_ice_5F00_boiling_5F00_water.zip

您好、Helli、

您的输入电压测试并不是结论性的。  您可以看到函数发生器输出为1到50mV、但 ADS112U04显示0到略高于2mV。  但是、由于函数发生器通过源极接地、将导线连接到 AINN 引脚实际上会将引脚设置为 GND、并且超出 PGA 输入范围。  因此、需要花费一些精力来确保发生器处于正确的输入范围内。

热水/冷水测试很有趣。  该图几乎似乎存在连接问题。  在某一时刻、输入似乎在上升、然后跳至低电平、再次出现上升。  在第二次将 TC 设置到冰浴之前、温度尖峰会显著上升至几乎正确的读数。  因此、很难理解为什么温度上升如此缓慢(且噪声很大)、温度升高、但在温度降低时会快速下降。

可能会出现某种情况对电路进行加载。  您能否检查 TC 输入端的直流电压？  在 TC 已连接且未连接的情况下检查输入。  我还建议尝试一些不同的增益设置以查看发生了什么。

此致、

Bob B

尊敬的 Bob：

在连接 TC 的情况 下、在 TC 输入端测量的直流电压为≈-0.2mV、断开 TC 的情况下、直流电压为≈2.6mV (在增益= 1、4、8、32、64的情况下测量、观察到的电压相同)。

此外、我们还尝试了具有不同增益(增益= 1、4、8、64)的热水/冷水测试、并附加了测试数据和图。 之前发送的冷热水测试结果是使用增益32得出的。

e2e.ti.com/.../TC_5F00_volt_5F00_ice_5F00_boiled_5F00_water_5F00_tests.zip

尊敬的 Bob：

上一个帖子中有一个拼写错误。 TC 断开时、在 TC 输入端测量的直流电压 为≈2.6V、而不是 mV。

您好 Heli、

我应该更清楚地了解我在测量中要求的内容。  我想知道 AINP 与 AGND 之间的关系、AINN 与 AGND 之间的关系。  我假设您的测量值是跨输入的？

此致、

Bob B

是的、测量是在输入 AINn (AIN1)和 AINp (AIN0)之间进行的。 因此、在 AIN1连接到 AGND (TC 断开连接)时测得的电压为2.9V、而在 AIN0连接到 AGND 时测得的电压为-0.50 (+/- 0.30) MV、在 AIN1连接到 AGND (TC 连接)时测得的电压为1.65V、而在 AIN0连接到 AGND 时测得的电压为1.65V (两者均相同)。

尊敬的 Bob：

 CJ 温度和 TC 温度的总和(转换自 TC 伏特)给出了热电偶的精确温度。 已尝试使用不同增益(数据速率660SPS、涡轮模式已平衡)进行热冷测试、并观察到几乎相同的最大和最小 TC 电压。  测得的最大 TC 电压为2.5mV (表中的等效温度为≈61°C、未减去失调电压) 、CJ 温度为≈38°C、因此添加两个温度可得出热电偶的最终温度为99°C (几乎等于沸水的温度) 测得的最小 TC 电压为-1.4mV (表中的等效温度为-37°C)、因此两者的总和为1°C、这几乎接近于冰水的温度。 附加显示 CJ、IC 温度、TC/Offset (1/2 Vs)电压的图和数据。

此外、想知道在低于最低限值(对于 ADS–40°C)和高于最高限值(对于 ADS +125°C)的温度下、ADS112U04和 LM94022会发生什么情况？ ADS 的行为方式以及135°C 或-50°C 时的输出是什么？

e2e.ti.com/.../Hot_5F00_cold_5F00_tests.zip

您好 Heli、

我很高兴看到您获得了更一致的读数。  请记住、TC 本身会有一些与之相关的误差、根据实际使用的 TC、可能会有+/- 2.2摄氏度的误差

至于 ADS112U04工作温度范围、这些规格的额定工作温度范围为-40至125摄氏度、不保证在该范围之外工作。 起初、您可能会看到一些性能下降、但在非常冷的温度下、内部振荡器可能无法启动、并且可能无法进行通信。  在高温下、您还需要考虑不仅性能会下降、而且如果器件的结温超过150摄氏度(如绝对最大额定值表中给出)、器件本身可能会损坏。

现在、器件的工作温度与 TC 本身的测量没有直接关系。  TC 温度可能远远超出 ADC 的限值、但只要 CJ 温度处于测量冷端的任何器件的工作参数范围内、就应该是可以的。

此致、

Bob B

尊敬的 Bob：

我想知道  温度为-55°C 时温度传感器模式禁用/启用时、LM94022输出和 ADS112U04输出的预期值是多少？ ADS 提供最低的16位值8000h 作为输出、还是不能保证？  ADS112U04能否 使用低于 -50°C 的 LM94022输出正确的冷端电压、例如在-51°C 时为1304mv (对于 GS=00、最低为1299mv (-50°C 时)？