Bei einer Thermosäule handelt es sich um ein elektronisches Bauteil, das Wärmeenergie in elektrische Energie verwandelt. Mehrere Thermoelemente sind in einer Thermosäule in Reihe geschaltet, um eine höhere Spannung zu erzeugen. Man verwendet Thermosäulen in Situationen, in denen die Ausgangsspannung eines einzigen Thermoelements nicht ausreichen würde. Während die so genannte kalte Lötstelle auf der normalen Umgebungstemperatur belassen wird, setzt man die heiße Lötstelle der zu messenden Temperatur aus. Einige Thermosäulen-Sensoren besitzen einen eingebauten Thermistor zur Messung der Umgebungstemperatur, was die Bestinunung der gesuchten Temperatur erleichtert. Thermosäulen liefern in der Regel nur sehr schwache Ausgangssignale, die bei geringen Temperaturänderungen in der Größenordnung von einigen zehn Mikrovolt liegen.

Thermosäulen-Interfaceschaltung [zum Vergrößern in das Bild klicken]

Am Eingang der Signalaufbereitungs-Schaltung ist deshalb als erstes ein Verstärker erforderlich, dessen Rauschen minimal sein sollte, damit das Nutzsignal der Thennosäule möglichst wenig gestört wird. Ursächlich für dieses Rauschen können die Offsetspannung des Verstärkers, das eingangsseitige Spannungsrauschen, der Eingangs-Biasstrom oder andere nicht-ideale Parameter sein. Es kommt darauf an, einen Operationsverstärker zu wählen, der im relevanten Frequenz- und Signalbereieh besonders gute Leistungsdaten vorweisen kann.

Der LMP773 1 eignet sich gut für den Einsatz mit Therrnosäulen-Sensoren. Dieser Operationsverstärker zeichnet sich durch ein geringes Spannungsrauschen von 2,9 nV/‘JHz mit einer l/f-Eckfrequenz von nur 3 Hz sowie durch eine niedrige DC-Offsetspannung von maximal ±40 pV aus und bietet sich somit speziell für Applikationen mit hoher Genauigkeit und niedriger Frequenz an. Der LMP7731 verfügt über Eingangsstufen mit bipolaren Sperrsehichttransistoren und einem Bias-Strom von nur 1,5 nA. Dieser geringe Bias-Strom, ergänzt durch die sehr kleinen AC- und DC-Spannungsrauschwerte, machen den LMP7732 zum idealen Baustein für Thermosäulen und die meisten anderen Sensoren mit DC-Ausgangssignalen, bei denen die Signalintegrität im DC-Betrieb höchste Priorität hat.

National-Bausteine in dieser Demonstration:

• LMP7731: Rauscharmer Präzisions-Verstärker mit Rail-to-Rail-Ein- und Ausgängen
• LM4140: Präzisions-Mieropower-Spannungsreferenz mit niedriger Dropout-Spannung