基于非分散紅外原理的熱電堆傳感器原理分析及電路設(shè)計(jì)

　　如需利用修正后的比爾-朗伯方程測(cè)量未知濃度的二氧化碳?xì)怏w，則請(qǐng)按下述步驟操作：

　　1. 向腔室注入未知濃度氣體并使其穩(wěn)定。

　　2. 測(cè)量ACT，它表示測(cè)量通道傳感器的峰峰值輸出。

　　3. 測(cè)量REF，它表示基準(zhǔn)通道傳感器的峰峰值輸出。

　　4. 測(cè)量溫度T，單位K。

　　5. 使用校準(zhǔn)后的ZERO和SPAN值。

　　6. 使用之前確定的b和c值。

　　7. 計(jì)算相對(duì)吸收率：

　　計(jì)算濃度，應(yīng)用理想氣體定律下的溫度補(bǔ)償：

　　此步假定TLOW = TCAL.

　　NTC熱敏電阻算法與計(jì)算

　　NTC熱敏電阻等效電路如圖9所示。

　　圖9. NTC熱敏電阻電路

　　熱敏電阻上的電壓為：

　　其中：

　　1.VCC 為 3.3 V.

　　2.RNTC 為熱敏電阻值。

　　NTC熱敏電阻值可以表示為：

　　其中：

　　1.RTH 表示溫度為T(mén)0時(shí)的熱敏電阻值。

　　2.β 是NTC熱敏電阻數(shù)據(jù)手冊(cè)中的參數(shù)。

　　3.RNTC 表示溫度T時(shí)的熱敏電阻值。

　　合并以上兩個(gè)方程可得：

　　在每個(gè)燈的斬波時(shí)間間隔內(nèi)，ADC切換至NTC采樣，如圖10所示。

　　圖10. NTC和熱電堆采樣時(shí)序以及燈的斬波

　　用戶(hù)交互界面

　　EVAL-ADICUP360平臺(tái)板通過(guò)USB端口連接PC。該板顯示為一個(gè)虛擬COM設(shè)備。任意類(lèi)型的串口終端均可與EVAL-ADICUP360板交互，用于開(kāi)發(fā)和調(diào)試。關(guān)于軟件操作的詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱電路筆記CN-0338。

　　圖11顯示了典型EVAL-CN0338-ARDZ板的相對(duì)吸收率(FA)與二氧化碳濃度的函數(shù)關(guān)系。

　　圖11. 典型EVAL-CN0338-ARDZ板的相對(duì)吸收率與二氧化碳濃度的關(guān)系

　　測(cè)試設(shè)置的功能框圖如圖12所示，EVAL-CN0338-ARDZ Arduino擴(kuò)展板和EVAL-ADICUP360 Arduino兼容平臺(tái)板的照片如圖13所示。

　　圖12. 測(cè)試設(shè)置功能框圖

　　圖13. EVAL-CN0338-ARDZ板和EVAL-ADICUP360板照片

　　總結(jié)

　　實(shí)現(xiàn)NDIR測(cè)量所需的模擬電子器件包括精密低噪聲放大器和高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器。本文所述的電路是高集成度解決方案，其利用精密模擬微控制器ADuCM360來(lái)執(zhí)行精密PGA功能、精密Σ-Δ ADC轉(zhuǎn)換以及數(shù)字控制和處理。

　　Arduino擴(kuò)展兼容能力支持快速開(kāi)發(fā)NDIR設(shè)計(jì)原型，以及根據(jù)具體應(yīng)用要求定制軟件。