熱電偶測(cè)溫電路圖大全（環(huán)路供電/傳感器/OP07熱電偶測(cè)溫放大電路詳解）

熱電偶測(cè)溫電路圖（一）

高精度熱電偶測(cè)溫電路圖

此設(shè)計(jì)概括了提供傳感器診斷所必需的抗混疊濾波器和偏置電阻器。此示例還提供了一種新穎的方式，即使用ADS1118上的板載溫度傳感器完成對(duì)系統(tǒng)的冷端補(bǔ)償。對(duì)于熱電偶線性化，此設(shè)計(jì)還提供了一種非常簡(jiǎn)單的、可以在大多數(shù)微控制器上實(shí)施的線性算法。

特性

測(cè)量K型熱電偶溫度

精度1°C

高精度/可重復(fù)性0.2°C

包含冷端補(bǔ)償

包含軟件算法

使用ADS111816位ADC（帶PGA）

原理圖/方框圖

熱電偶測(cè)溫電路圖（二）

OP07構(gòu)成的高穩(wěn)定熱電偶測(cè)溫放大電路

OP07為低漂移（最大電壓漂移25vV、最大溫漂0.6pcV/C）、低噪聲（最大0.6v咋一P）、超穩(wěn)定性（最大0.6pLV門C．月）、寬電源電壓范圍（t3~±18V）的高性能運(yùn)算放大器。

OP07構(gòu)成的高穩(wěn)定熱電偶測(cè)溫放大電路如圖所示。

由于R3/Rl=R4/R2，因此，OP07構(gòu)成差分放大器，測(cè)溫部分為“測(cè)溫”熱電偶和“參考”熱電偶，后者置于環(huán)境中，前者置于被測(cè)物體上，“測(cè)溫”熱電偶上的溫度變化轉(zhuǎn)換為熱電勢(shì)，經(jīng)放大后輸出電壓。

熱電偶測(cè)溫電路圖（三）

電路功能與優(yōu)勢(shì)

圖1所示電路是一個(gè)基于24位Σ-Δ型ADCAD7793的完整熱電偶系統(tǒng)。AD7793是一款適合高精度測(cè)量應(yīng)用的低功耗、低噪聲、完整模擬前端，內(nèi)置PGA、基準(zhǔn)電壓源、時(shí)鐘和激勵(lì)電流，從而大大簡(jiǎn)化了熱電偶系統(tǒng)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)峰峰值噪聲約為0.02°C。

AD7793的最大功耗僅500μA，因而適合低功耗應(yīng)用，例如整個(gè)發(fā)送器的功耗必須低于4mA的智能發(fā)送器等。AD7793還具有關(guān)斷選項(xiàng)。在這種模式下，整個(gè)ADC及其輔助功能均關(guān)斷，器件的最大功耗降至1μA。

AD7793提供一種集成式熱電偶解決方案，可以直接與熱電偶接口。冷結(jié)補(bǔ)償由一個(gè)熱敏電阻和一個(gè)精密電阻提供。該電路只需要這些外部元件來執(zhí)行冷結(jié)測(cè)量，以及一些簡(jiǎn)單的R-C濾波器來滿足電磁兼容性（EMC）要求。

圖1.帶冷結(jié)補(bǔ)償?shù)臒犭娕紲y(cè)量系統(tǒng)

電路描述

本電路使用T型熱電偶。該熱電偶由銅和康銅構(gòu)成，溫度測(cè)量范圍為−200°C至+400°C，產(chǎn)生的溫度相關(guān)電壓典型值為40μV/°C。

熱電偶的傳遞函數(shù)不是線性的。在0°C至+60°C的溫度范圍，其響應(yīng)非常接近線性。但是，在更寬的溫度范圍內(nèi)，必須使用一個(gè)線性化程序處理。

測(cè)試電路不包括線性化功能，因此，本電路的有用測(cè)量范圍是0°C到+60°C。在該溫度范圍內(nèi)，熱電偶產(chǎn)生0mV至2.4mV的電壓。內(nèi)部1.17V基準(zhǔn)電壓用于熱電偶轉(zhuǎn)換。因此，AD7793的增益配置為128。

AD7793采用單電源供電，熱電偶產(chǎn)生的信號(hào)必須被偏置到地以上，從而處于該ADC支持的范圍。對(duì)于128倍的增益，模擬輸入端的絕對(duì)電壓必須在GND+300mV至AVDD–1.1V范圍內(nèi)。

AD7793片上集成的偏置電壓發(fā)生器偏置熱電偶信號(hào)，使其共模電壓為AVDD/2，確保以相當(dāng)大的裕量滿足輸入電壓限值要求。

熱敏電阻在+25°C時(shí)的值為1kΩ，0°C時(shí)的典型值為815Ω，+30°C時(shí)的典型值為1040Ω。假設(shè)0°C至30°C的傳遞函數(shù)為線性，則冷結(jié)溫度與熱敏電阻R之間的關(guān)系為：

冷結(jié)溫度=30×（R–815）/（1040–815）

AD7793的1mA激勵(lì)電流用于為熱敏電阻和2kΩ精密電阻供電?；鶞?zhǔn)電壓利用該2kΩ外部精密電阻產(chǎn)生。這種架構(gòu)提供一種比率式配置，激勵(lì)電流用于為熱敏電阻供電，并產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓。因此，激勵(lì)電流值的偏差不會(huì)改變系統(tǒng)的精度。

對(duì)熱敏電阻通道進(jìn)行采樣時(shí)，AD7793以1倍的增益工作。對(duì)于+30°C的最大冷結(jié)溫度，熱敏電阻上產(chǎn)生的最大電壓為1mA&TImes;1040Ω=1.04V。

熱敏電阻的選擇條件是：熱敏電阻上產(chǎn)生的最大電壓乘以PGA增益的結(jié)果小于或等于精密電阻上產(chǎn)生的電壓。

對(duì)于ADC_CODE的轉(zhuǎn)換值，相應(yīng)的熱敏電阻值R等于：

R=（ADC_CODE–0x800000）&TImes;2000/223

還需要考慮AD7793IOUT1引腳的輸出順從電壓。使用1mA激勵(lì)電流時(shí)，輸出順從電壓等于AVDD–1.1V。從上述計(jì)算可知，電路滿足這一要求，因?yàn)镮OUT1的最大電壓等于精密電阻上的電壓加上熱敏電阻上的電壓，等于2V+1.04V=3.04V?！　D7793以16.7Hz的輸出數(shù)據(jù)速率工作。每讀取10個(gè)熱電偶轉(zhuǎn)換結(jié)果，就讀取1個(gè)熱敏電阻轉(zhuǎn)換結(jié)果。相應(yīng)的溫度等于：

溫度=熱電偶溫度+冷結(jié)溫度

AD7793的轉(zhuǎn)換結(jié)果由模擬微控制器ADuC832處理，所得的溫度顯示在LCD顯示器上。

該熱電偶設(shè)計(jì)采用6V（2節(jié)3V鋰電池）電池供電。一個(gè)二極管將6V電壓降至適合AD7793和模擬微控制器ADuC832的電平。ADuC832電源與AD7793電源之間有一個(gè)RC濾波器，用以降低進(jìn)入AD7793的電源數(shù)字噪聲。

圖2顯示了T型熱電偶上產(chǎn)生的電壓與溫度的關(guān)系。圓圈內(nèi)的區(qū)域是從0°C到+60°C，該區(qū)域內(nèi)的傳遞函數(shù)接近線性。

圖2.熱電偶電動(dòng)勢(shì)與溫度的關(guān)系

當(dāng)系統(tǒng)處于室溫時(shí)，熱敏電阻應(yīng)指示室溫的值。熱敏電阻指示的是相對(duì)于冷結(jié)溫度的相對(duì)溫度，即冷結(jié)（熱敏電阻）與熱電偶的溫差。因此，在室溫時(shí)，熱電偶應(yīng)指示0°C。。

如果將熱電偶放在一個(gè)冰桶中，熱敏電阻仍舊測(cè)量環(huán)境（冷結(jié)）溫度。熱電偶應(yīng)指示熱敏電阻值的負(fù)值，使得總溫度等于0。

最后，對(duì)于16.7Hz的輸出數(shù)據(jù)速率和128倍的增益，AD7793的均方根噪聲等于0.088μV。峰峰值噪聲等于：

6.6&TImes;均方根噪聲=6.6&TImes;0.088μV=0.581μV

如果熱電偶的靈敏度恰好為40μV/°C，則熱電偶的溫度測(cè)量分辨率為：

0.581μV÷40μV=0.014°C

圖3所示為實(shí)際的測(cè)試板。系統(tǒng)評(píng)估如下：分別在室溫時(shí)以及將熱電偶放入冰桶的情況下，測(cè)量熱敏電阻溫度、熱電偶溫度和分辨率。結(jié)果如表1所示。

圖3.采用AD7793的熱電偶系統(tǒng)

從表1可知，熱電偶報(bào)告的溫度正確，熱敏電阻則有0.3°C的誤差。這是未包括線性化處理時(shí)的系統(tǒng)精度。如果對(duì)熱電偶和熱敏電阻進(jìn)行線性化處理，系統(tǒng)精度將會(huì)提高，系統(tǒng)將能測(cè)量更寬的溫度范圍。

如果每讀取10次就計(jì)算一次最小與最大溫度讀數(shù)之差，則用溫度表示的峰峰值噪聲為0.02°C。因此，實(shí)際的峰峰值分辨率非常接近期望值。