ADI實(shí)驗室電路:集成冷結補償的K型熱電偶測量系統

電路功能與優(yōu)勢

圖1所示電路是一款完整的熱電偶信號調理電路，帶有冷結補償功能并后接一個(gè)16位∑-△型模數轉換器（ADC）。 AD8495熱電偶放大器為測量K型熱電偶溫度提供了一種簡(jiǎn)單的低成本解決方案，且包含冷結補償功能。

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(cháng)引線(xiàn)可能會(huì )拾取的共模噪聲。如需額外保護，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電平和共模電壓，以驅動(dòng) AD7790 16位Σ-Δ 型ADC。

該電路為熱電偶信號調理和高分辨率模數轉換提供了一種緊湊的低成本解決方案。

圖1. 集成冷結補償的K型熱電偶測量系統（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量的簡(jiǎn)單元件。它由兩種異質(zhì)金屬的連接結組成。這些金屬在一端相連，形成測量結，也稱(chēng)為熱結。熱電偶的另一端連接到與測量電子裝置相連的金屬線(xiàn)。這種連接形成了第二個(gè)結——基準結，也稱(chēng)為冷結。為了得出測量結的溫度（TMJ），用戶(hù)必須知道熱電偶所產(chǎn)生的差分電壓。用戶(hù)還必須知道基準結溫（TRJ）所產(chǎn)生的誤差電壓。補償基準結溫誤差電壓稱(chēng)為冷結補償。為使輸出電壓精確地代表熱結測量結果，電子裝置必須補償基準（冷）結溫的任何變化。

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5 mV/°C校準。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(xiàn)性，對應于15°C至950°C的溫度范圍。AD8495的輸出驅動(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換為差分輸出，用于驅動(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，如果任由其到達AD8495，它可能會(huì )被整流，表現為溫度波動(dòng)。兩個(gè)100Ω電阻和一個(gè)1μF電容構成一個(gè)截止頻率為800Hz的差分濾波器。兩個(gè)0.01nF電容構成一個(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施加于A(yíng)D7790 ADC之前使用了一個(gè)類(lèi)似的濾波器。

AD8495輸入可保護器件不受最高超出對側供電軌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?；鶞室_和檢測引腳處的電壓不得超出供電軌0.3 V以上。此特性對存在電源時(shí)序控制問(wèn)題的應用特別重要，這類(lèi)問(wèn)題可導致信號源在施加放大器電源之前活動(dòng)。

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