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2015年5月10日 (日)

PICとMCP3425で作るK熱電対温度計 - OPA277PAでプリアンプを作る

先日インスツルメンテーションアンプ(計装アンプ)を使うんだと書いていた熱電対温度計用のプリアンプなんですが挫折しました。どうしても数μVのゆらぎみたいなのが取り除けずまた動作に不安定なとことがありました。きっと私の技術力不足でしょう。

そこで今度は“高精度オペアンプ OPA277PA”を使うことにしました。今度はMCP3425分解能ギリギリのところ(PGA=8、分解能約8μV、入力換算 0.1μVちょい)がふらついているだけになりました。

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このOPA227PAはかなり前に今回と同じく熱電対温度計作成のために買ったものです。
その頃は私も純真で熱電対の温度と電圧の関係というのは(理科年表などにある)起電力表に書いてあるとおりだと思っていたので、どうしても表にあるのと同じ電圧が得られずうまく測定できていないと思い込んで途中で作るのを放棄してしまいました。

ところでこのOPA227PAのドリフトは秋月の製品紹介では0.1μV/KとなっていますがこれはOPA227Pのものだと思います。PAの方のドリフトのTyp値は0.15μV/Kとちょっと大きいです。これだけだとあんまり差がないようですがMAX値の方はぜんぜん違います。私の虎の子のOPA227PAのドリフトがどうなっているのか心配です。
Opa277pa
(図に書き忘れたのですがトリム用の回路はデータシート通り入れてあります。多回転の可変抵抗を使っているのですがそれでもオフセットを調整するのはたいへんです)

非反転増幅器にしてありますが、入力と帰還抵抗には並列にコンデンサを入れて高域はカットすることにしました。LT1167で懲りたからですがほんとに必要かどうかは確かめていません。DMMで測ったらR1は5.998kΩ、R2は99.8Ωでした。増幅率は57.1ということになります。
抵抗値の精度の選択はばらばらですが手持ちのもので使えそうなものを探していったらこうなっただけであんまり意味はありません。R1は(R2も)ちょっともったいないことをしたような気もしています。温度係数が合っていれば1%もので十分だと思います。

S1はオフセットを測定するためのスイッチです。熱電対の抵抗値が20Ωちょっとだったのでバイアス電流の影響を考えて20Ωの抵抗を入れてあるのですが、OP07系のオペアンプはバイアス電流がけっこう小さいのであんまり意味がなかったかも。

S2とS3は熱電対の極性を逆転するためのものです。両方で電圧を測定して平均をとるとオフセット電圧が求まります。このオフセット電圧とS1を使って測ったオフセット電圧が同じであれば回路はまあまあ健全に動作していると思うことにします。

S2とS3はアナログ・スイッチに変えて自動オフセット調整を行うことも考えています。けっこう手間なので現在実験中のこの回路のオフセット電圧の温度依存性のチェックの結果次第ではその方向に進むことになるかもしれません。

温度特性を調べてみました。
  「
高精度オペアンプOPA277PAのオフセット電圧の温度特性を調べてみた

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参考

岩手大学農学部 岡田益己 - 温度の正しい測り方(3)熱電対の作り方・使い方
    この論文は熱電対を扱う上で参考になると思います。


アナログ・デバイセズ - 熱電対温度計測に関する不明瞭な部分の理解

株式会社東京熱学 - 2-3 熱電対の許容差

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