高分辨率溫度測量

作者：Moshe Gerstenhaber and Michael O'Sullivan

AD8494熱電偶放大器內置一個片內溫度傳感器，通常用于冷端補償，通過將熱電偶輸入接地，該器件可用作獨立的攝氏溫度計。在這種配置中，放大器在片內儀表放大器的輸出和（正常接地）基準引腳之間產生5 mV/°C輸出電壓。這種方法的一個缺點是測量窄溫度范圍時系統(tǒng)分辨率較差?？紤]一下：采用5 V單電源供電的10位ADC具有4.88 mV/LSB分辨率。這意味著圖1所示系統(tǒng)的分辨率約為1°C/LSB。如果目標溫度范圍較窄，例如20°C，則輸出變化100 mV，僅利用ADC可用動態(tài)范圍的1/50。

圖1.簡單的溫度計。

圖2所示電路解決了這個問題。與以前一樣，放大器在儀表放大器的輸出和基準引腳之間產生5 mV/°C電壓。但是，現(xiàn)在基準電壓源引腳由AD8538運算放大器（配置為單位增益跟隨器）驅動，因此5 mV/°C電壓出現(xiàn)在R1兩端。流過R1的電流也流過R2，在串聯(lián)組合上產生溫度敏感電壓，即（R 1 + R 2）/R1倍于R1兩端的電壓。根據(jù)所示值，輸出電壓在20 ×5 mV/°C = 100 mV/°C時變化，因此20°C的溫度變化會產生2 V輸出電壓變化。新的0.05°C/LSB系統(tǒng)分辨率比原始電路提高了20：1。AD8538緩沖電阻網(wǎng)絡，以低阻抗驅動基準電壓源引腳，以保持良好的共模抑制和增益精度。

圖2.高分辨率溫度測量。

必須注意使系統(tǒng)靈敏度與所需溫度范圍相匹配。例如，25°C時的輸出電壓為2.5 V，因此當輸出電壓在0.5 V至4.5 V范圍內變化時，系統(tǒng)可以在5°C至45°C范圍內精確測量。

如圖3所示的電路具有更高的靈敏度和可定制的溫度范圍。由R3和R4組成的電阻分壓器模擬偏移放大器所需的熱電偶電壓，將其輸出電壓歸零到所需電平。如果 VDD噪聲較大時，可以使用精密基準電壓源和分壓器電路來提供更安靜、更精確的失調調整。如圖所示，該電路在25°C時的輸出電壓約為0.05 V，靈敏度為100 mV/°C（0.05°C/LSB分辨率），工作范圍約為25°C至75°C。

AD8494的初始失調誤差為±1°C至±3°C，因此用戶必須包括失調校準以提高絕對精度。

圖2.高分辨率溫度測量。

審核編輯：郭婷