ADI實(shí)驗(yàn)室電路:集成冷結(jié)補(bǔ)償?shù)腒型熱電偶測(cè)量系統(tǒng)

電路功能與優(yōu)勢(shì)

圖1所示電路是一款完整的熱電偶信號(hào)調(diào)理電路，帶有冷結(jié)補(bǔ)償功能并后接一個(gè)16位∑-△型模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。 AD8495熱電偶放大器為測(cè)量K型熱電偶溫度提供了一種簡(jiǎn)單的低成本解決方案，且包含冷結(jié)補(bǔ)償功能。

AD8495中的固定增益儀表放大器可放大熱電偶的小電壓，以提供5 mV/°C輸出。該放大器具有高共模抑制性能，能夠抑制熱電偶的長(zhǎng)引線可能會(huì)拾取的共模噪聲。如需額外保護(hù)，該放大器的高阻抗輸入端允許輕松添加額外的濾波措施。

AD8476差分放大器提供正確的信號(hào)電平和共模電壓，以驅(qū)動(dòng) AD7790 16位Σ-Δ 型ADC。

該電路為熱電偶信號(hào)調(diào)理和高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換提供了一種緊湊的低成本解決方案。

圖1. 集成冷結(jié)補(bǔ)償的K型熱電偶測(cè)量系統(tǒng)（原理示意圖：未顯示所有連接）

電路描述

熱電偶是一種廣泛用于溫度測(cè)量的簡(jiǎn)單元件。它由兩種異質(zhì)金屬的連接結(jié)組成。這些金屬在一端相連，形成測(cè)量結(jié)，也稱為熱結(jié)。熱電偶的另一端連接到與測(cè)量電子裝置相連的金屬線。這種連接形成了第二個(gè)結(jié)——基準(zhǔn)結(jié)，也稱為冷結(jié)。為了得出測(cè)量結(jié)的溫度（TMJ），用戶必須知道熱電偶所產(chǎn)生的差分電壓。用戶還必須知道基準(zhǔn)結(jié)溫（TRJ）所產(chǎn)生的誤差電壓。補(bǔ)償基準(zhǔn)結(jié)溫誤差電壓稱為冷結(jié)補(bǔ)償。為使輸出電壓精確地代表熱結(jié)測(cè)量結(jié)果，電子裝置必須補(bǔ)償基準(zhǔn)（冷）結(jié)溫的任何變化。

該電路使用 AD8495熱電偶放大器，并采用單個(gè)5 V電源供電。AD8495的輸出電壓針對(duì)5 mV/°C校準(zhǔn)。采用5 V單電源時(shí)，輸出在大約75 mV和4.75 V之間保持線性，對(duì)應(yīng)于15°C至950°C的溫度范圍。AD8495的輸出驅(qū)動(dòng) AD8476 單位增益差分放大器的同相輸入端，該放大器則將單端輸入轉(zhuǎn)換為差分輸出，用于驅(qū)動(dòng)AD7790 16位Σ-Δ 型ADC。

AD8495輸入端之前的低通差分和共模濾波器可消除RF信號(hào)，如果任由其到達(dá)AD8495，它可能會(huì)被整流，表現(xiàn)為溫度波動(dòng)。兩個(gè)100Ω電阻和一個(gè)1μF電容構(gòu)成一個(gè)截止頻率為800Hz的差分濾波器。兩個(gè)0.01nF電容構(gòu)成一個(gè)截止頻率為160 kHz的共模濾波器。AD8476差分放大器的輸出端在信號(hào)施加于AD7790 ADC之前使用了一個(gè)類似的濾波器。

AD8495輸入可保護(hù)器件不受最高超出對(duì)側(cè)供電軌25 V的輸入電壓偏移的影響。例如，在該電路中，正供電軌為5 V而負(fù)供電軌接地時(shí)，器件可以安全地承受-20 V至+25 V的輸入電壓?；鶞?zhǔn)引腳和檢測(cè)引腳處的電壓不得超出供電軌0.3 V以上。此特性對(duì)存在電源時(shí)序控制問(wèn)題的應(yīng)用特別重要，這類問(wèn)題可導(dǎo)致信號(hào)源在施加放大器電源之前活動(dòng)。

該系統(tǒng)的理論分辨率可根據(jù)AD8495的帶寬、電壓噪聲密度和增益來(lái)計(jì)算得出。峰峰值（無(wú)噪聲碼）分辨率（單位為位）為：