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應(yīng)用示例 - 利用熱電偶和ADC實(shí)現(xiàn)高精度溫度測量

來源:電子發(fā)燒友網(wǎng) 作者:灰色天空2012年03月06日 15:06
[導(dǎo)讀] 應(yīng)用示例 熱電偶電路設(shè)計(jì)包括具有差分輸入及能夠分辨微小電壓的高分辨率ADC、穩(wěn)定的低漂移基準(zhǔn),以及準(zhǔn)確測量冷端溫度的方法。 圖2所示為簡化原理圖
關(guān)鍵詞:ADC溫度測量熱電偶
應(yīng)用示例

熱電偶電路設(shè)計(jì)包括具有差分輸入及能夠分辨微小電壓的高分辨率ADC、穩(wěn)定的低漂移基準(zhǔn),以及準(zhǔn)確測量冷端溫度的方法。

圖2所示為簡化原理圖。MX7705是一款16位、Σ-Δ ADC,內(nèi)置可編程增益放大器(PGA),無需外部精密放大器,能夠分辨來自熱電偶的微伏級電壓。冷端溫度利用MAX6627遠(yuǎn)端二極管傳感器以及位于熱電偶連接器處、連接成二極管的晶體管測量。MX7705的輸入共模范圍擴(kuò)展至低于地電勢30mV,可實(shí)現(xiàn)有限的負(fù)溫度范圍[2]。

圖2. 熱電偶測量電路。MX7705測量熱電偶輸出,MAX6627和外部晶體管測量冷端溫度,MAX6002為MX7705提供2.5V精密電壓基準(zhǔn)。
圖2. 熱電偶測量電路。MX7705測量熱電偶輸出,MAX6627和外部晶體管測量冷端溫度,MAX6002為MX7705提供2.5V精密電壓基準(zhǔn)。

也有針對具體應(yīng)用設(shè)計(jì)的IC,用于熱電偶信號調(diào)理。這些IC集成本地溫度傳感器、精密放大器、ADC和電壓基準(zhǔn)。例如,MAX31855為冷端補(bǔ)償熱電偶至數(shù)字轉(zhuǎn)換器,可數(shù)字化K、J、N、T或E型熱電偶信號。MAX31855以14位(0.25°C)分辨率測量熱電偶溫度(圖3)。

圖3. 集成冷端溫度補(bǔ)償?shù)腁DC,轉(zhuǎn)換熱電偶電壓時(shí)無需外部補(bǔ)償。
圖3. 集成冷端溫度補(bǔ)償?shù)腁DC,轉(zhuǎn)換熱電偶電壓時(shí)無需外部補(bǔ)償。

誤差分析

冷端補(bǔ)償

熱電偶為差分傳感器,利用溫度結(jié)和冷端之間的溫差產(chǎn)生輸出電壓。根據(jù)式1,只有精密測得冷端絕對溫度(TREF)時(shí),才能得到溫度結(jié)的絕對溫度(Tabs)。

可利用新型鉑RTD (PRTD)測量冷端絕對溫度。它在很寬的溫度范圍內(nèi)提供良好的性能,尺寸小、功耗低,成本非常合理。

圖4所示為精密DAS的簡化原理圖,采用了MAX11200 (24位、Σ-Δ ADC)評估(EV)板,可實(shí)現(xiàn)熱電偶溫度測量。本例中,利用R1 - PT1000 (PTS 1206,1000Ω)測量冷端絕對溫度。該解決方案能夠以±0.30°C或更高精度測量冷端溫度[3]。

圖4. 熱電偶DAS簡化圖
圖4. 熱電偶DAS簡化圖

如圖4所示,MAX11200的GPIO設(shè)置為控制精密多路復(fù)用器MAX4782,它選擇熱電偶或PRTD R1 - PT1000。該方法可利用單個ADC實(shí)現(xiàn)熱電偶或PRTD的動態(tài)測量。提高了系統(tǒng)精度,降低校準(zhǔn)要求。

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