熱電偶電路的應(yīng)用

下面討論了三種利用硅傳感器IC進(jìn)行冷結(jié)點(diǎn)補(bǔ)償?shù)牡湫蛻?yīng)用，三個(gè)電路均用來(lái)解決溫度范圍較窄(0℃至+70℃和-40℃至+85℃)的冷結(jié)點(diǎn)溫度補(bǔ)償，精度在幾個(gè)攝氏度以內(nèi)。第一個(gè)電路在鄰近冷節(jié)點(diǎn)的地方采用了一個(gè)溫度感應(yīng)IC來(lái)確定其溫度；第二個(gè)電路包含一個(gè)遠(yuǎn)結(jié)點(diǎn)二極管溫度檢測(cè)器，由連接成二極管的晶體管(直接連接到熱電偶的連接頭)為其提供測(cè)試信號(hào)；第三個(gè)電路中的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)內(nèi)置冷結(jié)點(diǎn)補(bǔ)償。所有三個(gè)電路均采用K型熱電偶(由鎳鉻合金和鎳基熱電偶合金組成)進(jìn)行溫度測(cè)量。

1. 典型應(yīng)用一

圖2所示電路中，16位ADC將低電平熱電偶電壓轉(zhuǎn)換成16位串行數(shù)據(jù)輸出。集成可編程增益放大器有助于改善A/D轉(zhuǎn)換的分辨率，這對(duì)于處理熱電偶小信號(hào)輸出非常必要。溫度檢測(cè)IC靠近熱電偶接頭安裝，用于測(cè)量冷結(jié)點(diǎn)附近的溫度。這種方法假設(shè)IC溫度近似等于冷結(jié)點(diǎn)溫度。冷結(jié)點(diǎn)溫度傳感器輸出由ADC的通道2進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換。溫度傳感器內(nèi)部的2.56V基準(zhǔn)節(jié)省了一個(gè)外部電壓基準(zhǔn)IC。

工作在雙極性模式時(shí)，ADC可以轉(zhuǎn)換熱電偶的正信號(hào)和負(fù)信號(hào)，并在通道1輸出。ADC的通道2將MAX6610的單結(jié)點(diǎn)輸出電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，提供給微控制器。溫度檢測(cè)IC的輸出電壓與冷結(jié)點(diǎn)溫度成正比。為了確定熱結(jié)點(diǎn)溫度，需首先確定冷結(jié)點(diǎn)溫度，然后通過(guò)NBS提供的K型熱電偶查找表將冷結(jié)點(diǎn)溫度轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的熱電電壓(thermoelectric voltage)。將此電壓與經(jīng)過(guò)PGA增益校準(zhǔn)的熱電偶讀數(shù)相加，最后再通過(guò)查找表將求和結(jié)果轉(zhuǎn)換成溫度，所得結(jié)果即為熱結(jié)點(diǎn)溫度。

表2列出了溫度測(cè)量結(jié)果，冷結(jié)點(diǎn)溫度變化范圍：-40℃至+85℃，熱結(jié)點(diǎn)保持在+100℃。實(shí)際測(cè)量結(jié)果的精度在很大程度上取決于本地溫度檢測(cè)IC的精度和烤箱溫度。

2. 典型應(yīng)用二

圖3所示電路中，遠(yuǎn)結(jié)點(diǎn)溫度檢測(cè)IC測(cè)量電路的冷結(jié)點(diǎn)溫度，與本地溫度檢測(cè)IC不同的是IC不需要靠近冷結(jié)點(diǎn)安裝，而是通過(guò)外部連接成二極管的晶體管測(cè)量冷結(jié)點(diǎn)溫度。晶體管直接安裝在熱電偶接頭處。溫度檢測(cè)IC將晶體管的測(cè)量溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出。ADC的通道1將熱電偶電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出，通道2沒(méi)有使用，輸入直接接地。外部2.5V基準(zhǔn)IC為ADC提供基準(zhǔn)電壓。

表2、3列出了溫度測(cè)量結(jié)果，冷結(jié)點(diǎn)溫度變化范圍：-40℃至+85℃，熱結(jié)點(diǎn)保持在+100℃。實(shí)際測(cè)量結(jié)果精度在很大程度上取決于遠(yuǎn)結(jié)點(diǎn)二極管溫度檢測(cè)IC的精度和烤箱溫度。

3. 典型應(yīng)用三

圖4電路中的12位ADC帶有溫度檢測(cè)二極管，溫度檢測(cè)二極管將環(huán)境溫度轉(zhuǎn)換成電壓量，IC通過(guò)處理熱電偶電壓和二極管的檢測(cè)電壓，計(jì)算出補(bǔ)償后的熱結(jié)點(diǎn)溫度。數(shù)字輸出是對(duì)熱電偶測(cè)試溫度進(jìn)行補(bǔ)償后的結(jié)果，在0℃至+700℃溫度范圍內(nèi)，器件溫度誤差保持在±9LSB以內(nèi)。雖然該器件的測(cè)溫范圍較寬，但它不能測(cè)量0℃以下的溫度。

表4是圖4所示電路的測(cè)量結(jié)果，冷結(jié)點(diǎn)溫度變化范圍：0℃至+70℃，熱結(jié)點(diǎn)溫度保持在+100℃。