Comment construire un amplificateur de thermocouple

Un thermocouple est un excellent moyen de mesurer la température. Les effets du changement de température sur des métaux différents produisent une tension mesurable. Mais pour effectuer cette mesure, vous avez besoin d'un circuit amplificateur conçu pour le thermocouple utilisé.

En recherchant "Zero Drift Amplifiers" à la suite de ma vidéo sur les amplificateurs d'instrumentation, j'ai remarqué le petit schéma de la première page de la fiche technique LTC1049 qui est montrée ici. Je pensais que c'était un exemple idéal d'une application analogique où un gain et un "aide au gain" étaient nécessaires pour accomplir notre petite application utile d'amplification d'une sonde thermocouple.

Dans la vidéo, je ne parle pas vraiment des thermocouples eux-mêmes, à part le type que je vois la plupart du temps, à savoir le type K. Si vous n'êtes pas déjà familiarisé avec la construction de ces sondes, vous pouvez trouver un article informatif sur les thermocouples et les différents types sur la page Wikipedia et vous pouvez également consulter la note d'application Analog Devices si vous souhaitez en savoir plus. Ce que je vais couvrir est un moyen fiable et précis de lire à partir de ces sondes, vu dans la vidéo ci-dessous et le reste du post après la pause.

Différents capteurs thermocouples ont des coefficients de température différents, ce qui signifie qu'ils généreront différentes quantités de tension pour le même changement de température, généralement spécifié en volts par degré Celsius (v/◦C). Sachant que le coefficient de température d'un capteur n'est que la moitié de l'équation, nous devons également fixer le point zéro, ce qui signifie que nous établissons un point de référence calibré. L'application d'une température connue telle que l'immersion du capteur dans de l'eau glacée serait un moyen simple quoique peu pratique d'établir une température de référence connue. Fondamentalement, nous pourrions mettre à zéro et mesurer le changement en volts par degré C à partir de là. Ci-dessous un graphique montrant

Alternativement, nous pourrions utiliser un compensateur de jonction froide (CJC) tel que le LT1025, une puce conçue non seulement pour reproduire les différents coefficients de température des différents thermocouples, mais aussi pour nous donner un étalonnage assez raisonnable.

Dans les coulisses, le CJC agit comme un autre thermocouple ou thermomètre et modifie la tension vue par le thermocouple, qui est à température ambiante dans notre cas, et corrige également certaines autres non-linéarités. Le thermocouple étant entraîné par le CJC, la sortie du thermocouple est alors assez linéaire et assez calibrée.

Pour cette démonstration rapide, je suis allé plus loin et j'ai utilisé un chipset de Linear Technology appelé LTK001 (PDF) qui est composé d'un LT1025 CTC et d'un amplificateur adapté connu séparément sous le nom de LTKA0x. Un rapide coup d'œil aux spécifications du LTKA0x en dit long sur la raison pour laquelle il fonctionne dans cette application : il a un gain en boucle ouverte élevé et des courants d'entrée et des erreurs de courant d'entrée très faibles. Analog Devices a une bonne description du gain en boucle ouverte (PDF), nous pourrons en dire plus sur le courant de polarisation et les erreurs à l'avenir.

Le schéma que j'ai utilisé est ici et était un composite de quelques circuits d'échantillons différents, si je devais faire ce circuit en tant que cycle de production, je pense que j'inclurais également un potentiomètre (et une procédure d'étalonnage.).

Les couches de PCB sont présentées ci-dessous et je peux rendre les Gerbers disponibles si quelqu'un est intéressé. Le fond est un remplissage de plan de masse, c'est pourquoi les traces de masse ne sont pas faciles à repérer.

En utilisant ce circuit, vous pouvez réaliser un simple amplificateur à thermocouple qui devrait vous donner suffisamment de gain pour s'interfacer avec votre contrôleur préféré à condition qu'il dispose d'un convertisseur analogique-numérique (ADC). Comme cela se lit en millivolts par degré Celsius, vous devrez effectuer la conversion en Fahrenheit dans un logiciel qui devrait être simple.