嵌入溫度電路設計

在熱電偶網(wǎng)絡(luò )中，TC1是處于實(shí)際溫度測量點(diǎn)的熱電偶。TC2是和TC1相同型號的第二個(gè)熱電偶。TC1和TC2都是E型熱電偶。熱電偶TC3和TC4是硬件實(shí)現所需配件，它們連接TC1和TC2到PCB的銅線(xiàn) 。
4個(gè)熱電偶有3個(gè)放置在同溫單元中使它們保持在給定溫度。用模擬增益單元獲得所有4個(gè)熱電偶的等效輸出電壓并進(jìn)行濾波。增益單元有一個(gè)單電源CMOS放大器（MCP601），配置做為一個(gè)2階低通切比雪夫濾波器。放大器的輸出信號用12位A/D變換器（MCP3201）數字化。MCP3201輸出碼串行送到微控制器（PIC12C508），微控制器把來(lái)自熱電偶網(wǎng)絡(luò )的電壓變?yōu)橛脭z氏或華氏表示的溫度。
熱電偶由兩個(gè)不同的金屬構成。在E型熱電偶中，兩種金屬是鉻鎳和康銅。熱電偶所產(chǎn)生的電壓通常稱(chēng)之為EMF（電動(dòng)勢）電壓，它代表熱電偶兩端的溫度差。此電壓隨溫度變化，不用任何電流或電壓激勵。
熱電偶EMF電壓參照0C是很容易定義的。用圖1所示的感測電路，從TC1和TC4中扣除TC2和TC3的電壓。因為T(mén)C3和TC4的材料和溫度是相同的，所以這些結對測量誤差的貢獻是零。TC2用于從測量點(diǎn)熱電偶（TC1）扣除同溫單元溫度誤差，使TC1的EMF電壓以0C為其準。每個(gè)熱電偶溫度感測電路都需要第2個(gè)溫度電路消除PCB上由不希望熱電偶的引起的誤差。第二個(gè)溫度電路通常用增加一個(gè)熱敏電阻的簡(jiǎn)單電路設計。
熱電偶所產(chǎn)生EMF電壓的范圍從幾微伏到幾十毫伏。此電壓是可重
復的，但是，是非線(xiàn)性的，可用查表法從系統中消除這種非線(xiàn)性。在信號調理電路中需要一個(gè)模擬增益級。假若在測量點(diǎn)的溫度范圍為250C~6000C，則MCP601放大器的濾波器/增益級合適的增益設置應為104V/V。
二極管測溫電路
二極管測溫電路示于圖2.在此溫度感測元件是用IN4148(Fairchild公司)二極管。對于不需要高精度的應用來(lái)說(shuō)，二極管是有用的、便宜的溫度感測器件。假若用恒流激勵它，則標準二極管(如IN4148)電壓隨溫度的變化是~5mv/0C。用電流激勵，二極管具有相當好的線(xiàn)性電壓-溫度性能。電壓激勵（VDIODE）與跨接在二極管上隨溫度變化的電壓之比值越大，線(xiàn)性誤差就越小。表1列出3個(gè)電壓基準，其中10V提供最好的線(xiàn)性度。應當注意，基準電壓的變化改變流經(jīng)二極管的電流。因此，建議對于較高精度應用應采用精確電壓基準。