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

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(cè)量冷端溫度的方法。

圖2所示為簡(jiǎn)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(wú)需外部精密放大器，能夠分辨來(lái)自熱電偶的微伏級(jí)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(cè)量。MX7705的輸入共模范圍擴(kuò)展至低于地電勢(shì)30mV，可實(shí)現(xiàn)有限的負(fù)溫度范圍[2]。


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

也有針對(duì)具體應(yīng)用設(shè)計(jì)的IC，用于熱電偶信號(hào)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(hào)。MAX31855以14位(0.25°C)分辨率測(cè)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(wú)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(cè)得冷端絕對(duì)溫度(TREF)時(shí)，才能得到溫度結(jié)的絕對(duì)溫度(Tabs)。

可利用新型鉑RTD (PRTD)測(cè)量冷端絕對(duì)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(jiǎn)化原理圖，采用了MAX11200 (24位、Σ-Δ ADC)評(píng)估(EV)板，可實(shí)現(xiàn)熱電偶溫度測(cè)量。本例中，利用R1 - PT1000 (PTS 1206，1000Ω)測(cè)量冷端絕對(duì)溫度。該解決方案能夠以±0.30°C或更高精度測(cè)量冷端溫度[3]。


圖4. 熱電偶DAS簡(jiǎn)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(gè)ADC實(shí)現(xiàn)熱電偶或PRTD的動(dòng)態(tài)測(cè)量。提高了系統(tǒng)精度，降低校準(zhǔn)要求。