Journal of IKEEE (전기전자학회논문지)

Institute of Korean Electrical and Electronics Engineers (한국전기전자학회)
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Design of Cold-junction Compensation and Disconnection Detection Circuits of Various Thermocouples(TC) and Implementation of Multi-channel Interfaces using Them

다양한 열전쌍(TC)의 냉점보상과 단선감지 회로설계 및 이를 이용한 다채널 인터페이스 구현

  • Hyeong-Woo Cha (Department of Electronics Eng., Cheongju University)
  • Received : 2023.02.10
  • Accepted : 2023.02.24
  • Published : 2023.03.31
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Abstract

Cold-junction correction(CJC) and disconnection detection circuit design of various thermocouples(TC) and multi-channel TC interface circuit using them were designed. The CJC and disconnection detection circuit consists of a CJC semiconductor device, an instrumentation amplifier(IA), two resistors and a diode for disconnection detection. Based on the basic circuit, a multi-channel interface circuit was also implemented. The CJC was implemented using compensation semiconductor and IA, and disconnection detection was detected by using two resistor and a diode so that IA input voltage became -0.42V. As a result of the experiment using R-type TC, the error of the designed circuit was reduced from 0.14mV to 3㎶ after CJC in the temperature range of 0℃ to 1400℃. In addition, it was confirmed that the output voltage of IA was saturated from 88mV to -14.2V when TC was disconnected from normal. The output voltage of the designed circuit was 0V to 10V in the temperature range of 0℃ to 1400℃. The results of the 4-channel interface experiment using R-type TC were almost identical to the CJC and disconnection detection results for each channel. The implemented multi-channel interface has a feature that can be applied equally to E, J, K, T, R, and S-type TCs by changing the terminals of CJC semiconductor devices and adjusting the IA gain.

다양한 열전쌍(TC)의 냉점보정(CJC)과 단선 감지 회로설계와 이를 이용한 다채널 TC 인터페이스 회로를 설계하였다. 냉점보정(CJC)과 단선 감지 기능 회로는 열전쌍, CJC 반도체 소자, 계측 증폭기(IA), 단선 감지용 저항 2개와 하나의 다이오드로 구성된다. 이 기본회로를 바탕으로 다채널 인터페이스 회로도 구현하였다. CJC는 보상 전용 반도체와 IA를 사용하여 구현하였고, 단선감지는 2개의 저항과 하니의 다이오드를 사용하여 IA 입력전압이 -0.42V가 되도록 하여 검출하였다. R-형 TC를 사용하여 실험한 결과 설계한 회로는 0℃~1400℃의 온도범위에서 냉점보정 후 오차가 0.14mV에서 3㎶로 감소되었다. 또한, TC가 정상에서 단선인 경우 IA의 출력전압이 88mV에서 -0.42V로 포화된 것을 확인하였다. 0℃~1400℃의 온도 범위에서 설계한 회로의 출력전압은 0V~10V이였다. R-형 TC를 사용하여 4-채널 인터페이스를 실험한 결과에서도 각 채널에 CJC와 단선 감지 결과와 거의 동일하였다. 구현한 다채널 인터페이스는 CJC 반도체 소자의 단자의 변경과 IA의 이득을 조절하면 E, J, K, T, R, S-형 TC에도 동일하게 적용할 수 있는 특징을 갖는다.

Keywords

References

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