熱電偶制造商TE Wire&Cable正與物聯(lián)網(wǎng)軟件公司Plataine開發(fā)一款基于RFID的物聯(lián)網(wǎng)解決方案。該系統(tǒng)利用了AI軟件來跟蹤溫度監(jiān)測產(chǎn)品的位置及使用狀態(tài)。 　　通過使用帶有RFID功能的智能熱電偶，TE Wire&Cable的客戶可以識別熱電偶所需更換的確切時(shí)間，無需手動(dòng)記錄數(shù)據(jù)，同時(shí)用戶可使用該功能快速定位設(shè)備。TE Wire&Cable營銷業(yè)務(wù)分析師Joseph Ugalde表示，該技術(shù)還提供熱電偶的校準(zhǔn)的實(shí)時(shí)警報(bào)和建議。 　　TE Wire&Cable稱，該解決方案可能是業(yè)內(nèi) 個(gè)使用RFID技術(shù)的方案。該公司與Plataine一起開發(fā)了該系統(tǒng)，目前已有一些飛機(jī)零部件客戶在生產(chǎn)過程中進(jìn)行測試，以跟蹤高壓釜的溫度。 　　TE Wire&Cable專注銷售復(fù)合材料飛機(jī)零件制造過程中使用的熱電偶組件。這類部件需要在高壓釜中進(jìn)行加壓加熱。高壓釜內(nèi)通常會(huì)安裝一個(gè)熱電偶組件以測量溫度并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)記錄儀中。 　　當(dāng)零件放入高溫爐時(shí)，熱電偶會(huì)自動(dòng)連接到零件上。由于熱電偶的壽命有限，企業(yè)需密切監(jiān)控每個(gè)熱電偶的使用頻率。這個(gè)過程通常是通過手動(dòng)記錄來監(jiān)控。當(dāng)熱電偶數(shù)量多時(shí)，這種方法就變得難以執(zhí)行。Ugalde說：“一個(gè)典型的航天制造企業(yè)會(huì)使用數(shù)百個(gè)熱電偶?！? 　　除了使用歷史難以跟蹤外，這些熱電偶也很難進(jìn)行定位找尋。當(dāng)公司需要更換熱電偶時(shí)，員工需要花費(fèi)大量時(shí)間來進(jìn)行尋找。 　　TE Wire&Cable與Plataine合作開發(fā)出一種解決方案，該解決方案在智能熱電偶中嵌入了RFID標(biāo)簽。該公司提供了RFID讀取器來讀取這些標(biāo)簽，并使用Plataine的AI物聯(lián)網(wǎng)軟件進(jìn)行管理。Plataine首席營銷官Amir Ben-Assa說，Plataine已經(jīng)為工業(yè)環(huán)境中的資產(chǎn)或工具跟蹤提供了各種基于RFID和物聯(lián)網(wǎng)的解決方案。” 　　Ben-Assa回憶說：“12個(gè)月前，我們開始和TE Wire合作。在此期間，在此期間，我們定義并測試了智能熱電偶解決方案，幫助制造商步入工業(yè)4.0時(shí)代。” 　　該公司稱，除了在設(shè)備上內(nèi)置無源UHF RFID芯片外，該智能熱電偶的配置與前代相同。該芯片將在Plataine云軟件上存儲(chǔ)一個(gè)產(chǎn)品的 ID碼。方案使用固定式RFID讀取器讀取智能熱電偶信息。Ugalde表示，TE Wire&Cable將與客戶合作，為每個(gè)工廠及應(yīng)用環(huán)境選擇 讀取器。 　　高壓高溫過程開始時(shí)，設(shè)備將通過安裝有固定式通道讀取器。讀取器讀取到標(biāo)簽ID后，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到軟件，然后軟件將根據(jù)讀取器位置來更新熱電偶的位置。熱電偶離開該區(qū)域時(shí)，讀取器也將讀取該事件。 　　同時(shí)，軟件還將對熱電偶使用次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并在預(yù)設(shè)次數(shù)時(shí)發(fā)出警告。員工可以在軟件中查看熱電偶位置，并在需要時(shí)進(jìn)行更換。Ugalde解釋說，這將給員工節(jié)省很多時(shí)間。 　　該系統(tǒng)目前正在Plataine實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測試zyclxmzsw，TE Wire&Cable的一些客戶也開始在他們自己的工廠測試該技術(shù)。Plataine的物聯(lián)網(wǎng)解決方案使用RFID和其他工廠級傳感器來收集有關(guān)材料，在制品，資產(chǎn)和工具的實(shí)時(shí)信息，并使用軟件進(jìn)行分析及控制。

　　圖1中的電路專為使用 ADT7320同時(shí)測量3個(gè)K型熱電偶而設(shè)計(jì)，該器件是一款±0.25°C精度、16位數(shù)字SPI溫度傳感器。zyclxmzsw 　　熱電偶電壓測量 　　采用熱電偶連接器和濾波器作為熱電偶與AD7793 ADC之間的接口。每個(gè)連接器（J1、J2和J3）都直接與一組差分ADC輸入相連。AD7793輸入端的濾波器可在信號到達(dá)ADC的AIN （+）和AIN（?）輸入端之前降低任何熱電偶引腳上疊加的噪聲。AD7793集成片內(nèi)多路復(fù)用器、緩沖器和儀表放大器，可放大來自熱電偶測量結(jié)點(diǎn)的小電壓信號。 　　冷結(jié)測量 　　ADT7320精密16位數(shù)字溫度傳感器用于測量基準(zhǔn)結(jié)（冷結(jié)） 溫度，其精度在?20°C至+105°C溫度范圍內(nèi)可達(dá)±0.25°C。 ADT7320完全經(jīng)過工廠校準(zhǔn)，用戶無需自行校準(zhǔn)。它內(nèi)置一個(gè)帶隙溫度基準(zhǔn)源、一個(gè)溫度傳感器和一個(gè)16位Σ-Δ型 ADC， 用來測量溫度并進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換， 分辨率為 0.0078°C。 　　AD7793和ADT7320均利用系統(tǒng)演示平臺(tái) （EVAL-SDP-CB1Z）由SPI接口控制。此外，這兩個(gè)器件也可由微控制器控制。 　　圖2. EVAL-CN0172-SDPZ電路評估板 　　圖2顯示帶有3個(gè)K型熱電偶連接器的EVAL-CN0172-SDPZ 電路評估板，AD7793 ADC， 和ADT7320溫度傳感器安裝在獨(dú)立柔性印刷電路板（PCB）的兩塊銅觸點(diǎn)之間，用于基準(zhǔn)溫度測量。 　　圖3是安裝在獨(dú)立柔性PCB上ADT7320 的側(cè)視圖，該器件插在熱電偶連接器的兩個(gè)銅觸點(diǎn)之間。圖3中的柔性PCB更薄更靈活，比小型FR4類PCB更具優(yōu)勢。它允許將ADT7320巧妙地安裝在熱電偶連接器的銅觸點(diǎn)之間，以盡量降低基準(zhǔn)結(jié)和ADT7320之間的溫度梯度。 　　圖3. 安裝在柔性PCB上ADT7320的側(cè)視圖 　　小而薄的柔性PCB還能使ADT7320快速響應(yīng)基準(zhǔn)結(jié)的溫度變化。 圖4顯示ADT7320的典型熱響應(yīng)時(shí)間。 　　圖4.ADT7320典型熱響應(yīng)時(shí)間 　　本解決方案較為靈活，允許使用其它類型的熱電偶，如J型或T型。本電路筆記中，選擇K型是考慮到其更受歡迎。實(shí)際選用的熱電偶具有裸露 。測量結(jié)位于探頭壁（probe wall）之外，暴露在目標(biāo)介質(zhì)中。 　　采用裸露 的優(yōu)勢在于，它能提供 的熱傳導(dǎo)率、具有快的響應(yīng)時(shí)間，并且成本低、重量輕。不足之處是容易受到機(jī)械損壞和腐蝕的影響。因此，不適合用于惡劣環(huán)境。但在需要快速響應(yīng)時(shí)間的場合下，裸露 是 選擇。若在工業(yè)環(huán)境中使用裸露 ，則可能需對信號鏈進(jìn)行電氣隔離?？墒褂脭?shù)字隔離器達(dá)到這一目的 （見 　　不同于傳統(tǒng)的熱敏電阻或電阻式溫度檢測器（RTD）， ADT7320是一款完全即插即用型解決方案，無需在電路板裝配后進(jìn)行多點(diǎn)校準(zhǔn)，也不會(huì)因校準(zhǔn)系數(shù)或線性化程序而消耗處理器或內(nèi)存資源。它在3.3 V電源下工作時(shí)的典型功耗僅為700μW，避免了會(huì)降低傳統(tǒng)電阻式傳感器解決方案精度的自發(fā)熱問題。 　　精密溫度測量指南 　　下列指南可確保ADT7320地測量基準(zhǔn)結(jié)溫度。 　　電源： 如果ADT7320 從開關(guān)電源供電，可能產(chǎn)生50 kHz以上的噪聲，從而影響溫度精度。為了防止此缺陷，應(yīng)在電源和VDD. 之間使用RC濾波器。所用元件值應(yīng)仔細(xì)考慮，確保電源噪聲峰值小于1 mV 　　去耦： ADT7320必須在盡可能靠近 VDD 的地方安裝去耦電容，以確保溫度測量的精度。使用諸如0.1μF高頻陶瓷類型的去耦電容。此外，還應(yīng)使用一個(gè)低頻去耦電容與高頻陶瓷電容并聯(lián)，如10μF 至 50 μF 鉭電容。 　　 熱傳導(dǎo)： 塑料封裝和背面的裸露焊盤（GND）是基準(zhǔn)結(jié)至ADT7320的主要熱傳導(dǎo)路徑。由于銅觸點(diǎn)與ADC輸入相連，本應(yīng)用中無法連接背面的焊盤，因?yàn)檫@樣做會(huì)影響 ADC輸入的偏置。 　　精密電壓測量指南 　　下列指南可確保AD7793地測量熱電偶測量結(jié)電壓。 　　去耦：AD7793必須在盡可能靠近AVDD 和 DVDD 的地方安裝去耦電容，以確保電壓測量的精度。應(yīng)將0.1 μF陶瓷電容與 10 μF鉭電容并聯(lián)，將AVDD去耦到GND。此外，應(yīng)將0.1 μF 陶瓷電容與10 μF鉭電容并聯(lián)，將DVDD去耦到GND。 更多有關(guān)接地、布局和去耦技巧的討論，請參考Tutorial MT-031 和 Tutorial MT-101 　　濾波：AD7793的差分輸入用于熱電偶線路上的大部分共模噪聲。例如，將組成差分低通濾波器的R1、R2和C3放置在AD7793的前端，可熱電偶引腳上可能存在的疊加噪聲。C1和C2電容提供額外的共模濾波。由于輸入ADC 的AIN（+）和AIN（?）均為模擬差分輸入，因此，模擬調(diào)制器中的多數(shù)電壓均為共模電壓。AD7793的出色共模抑制（100 dB小值）進(jìn)一步了這些輸入信號中的共模噪聲。 　　本方案解決的其它難題 　　下文總結(jié)了本解決方案是如何解決前文提到的其它熱電偶相關(guān)難題。 　　熱電偶電壓放大：熱電偶輸出電壓隨溫度的變化幅度只有每度幾μV。本例中所用的常見K型熱電偶變化幅度為41μV/°C。這種微弱的信號在ADC轉(zhuǎn)換前需要較高的增益級。 AD7793內(nèi)部可編程增益放大器（PGA）能夠提供的 增益為128。本解決方案中的增益為16，允許AD7793通過內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源運(yùn)行內(nèi)部滿量程校準(zhǔn)功能。 　　熱電偶的非線性校正：AD7793在寬溫度范圍（–40°C至 +105°C）內(nèi)具有出色的線性度，不需要用戶校正或校準(zhǔn)。為了確定實(shí)際熱電偶溫度，必須使用美國 標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院（NIST）所提供的公式將參考溫度測量值轉(zhuǎn)換成等效熱電電壓。此電壓與AD7793測量的熱電偶電壓相加，然后再次使用NIST公式將兩者之和再轉(zhuǎn)換回?zé)犭娕紲囟?。另一種方法涉及查找表的使用。然而，若要獲得同樣的精度，查找表的大小可能有較大不同，這就需要主機(jī)控制器為其分配額外的存儲(chǔ)資源。所有處理均通過EVAL-SDP-CB1Z以軟件方式完成。EVAL-SDP-CB1Z以軟件方式完成。 　　欲查看完整原理圖和EVAL-CN0172-SDPZ的布局，請參見 CN-0172設(shè)計(jì)支持包： 　　常見變化 　　對于精度要求較低的應(yīng)用，可用 AD7792 16位Σ-Δ 型ADC 替代 AD7793 24位Σ-Δ 型ADC對于基準(zhǔn)溫度測量，可用 ±0.5°C精度的 ADT7310 數(shù)字溫度傳感器替代±0.25°C精度的 ADT7320. AD7792和ADT7310均集成SPI接口。