熱電偶電路的應用

下面討論了三種利用硅傳感器IC進(jìn)行冷結點(diǎn)補償的典型應用，三個(gè)電路均用來(lái)解決溫度范圍較窄(0℃至+70℃和-40℃至+85℃)的冷結點(diǎn)溫度補償，精度在幾個(gè)攝氏度以?xún)?。第一個(gè)電路在鄰近冷節點(diǎn)的地方采用了一個(gè)溫度感應IC來(lái)確定其溫度；第二個(gè)電路包含一個(gè)遠結點(diǎn)二極管溫度檢測器，由連接成二極管的晶體管(直接連接到熱電偶的連接頭)為其提供測試信號；第三個(gè)電路中的模/數轉換器(ADC)內置冷結點(diǎn)補償。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)行溫度測量。

1. 典型應用一

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

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

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

2. 典型應用二

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

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

3. 典型應用三

圖4電路中的12位ADC帶有溫度檢測二極管，溫度檢測二極管將環(huán)境溫度轉換成電壓量，IC通過(guò)處理熱電偶電壓和二極管的檢測電壓，計算出補償后的熱結點(diǎn)溫度。數字輸出是對熱電偶測試溫度進(jìn)行補償后的結果，在0℃至+700℃溫度范圍內，器件溫度誤差保持在±9LSB以?xún)?。雖然該器件的測溫范圍較寬，但它不能測量0℃以下的溫度。

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