基于單片機的炭黑復合導電材料的電阻一溫度測量系統

單片機通過(guò)熱電偶放大器芯片采集當前的溫度值；通過(guò)電壓轉換電路采集電阻值，送到FM24C02以備查詢(xún)，LCD顯示當前的電阻和溫度情況，使用者可以方便地讀出電阻和溫度的變化，還可以通過(guò)串行口和上位機上進(jìn)行通信。

l AD595的工作原理與應用
AD595是AD公司生產(chǎn)的一款熱電偶放大器，將儀器放大器和熱電偶冷接頭補償器全部集成在1塊單片芯片上，產(chǎn)生一個(gè)10 mV／℃的輸出。管腳的可選擇性使其可以作為一個(gè)線(xiàn)性放大補償器或者是設置工作點(diǎn)控制器的開(kāi)關(guān)輸出。
AD595包含一個(gè)熱電偶故障報警，如果熱電偶的一腳或雙腳開(kāi)路，可以顯示報警信號。報警輸出有很多種靈活的方式，包括TTL形式。
AD595能夠用一個(gè)單端+5 V電壓供電。如果用負電壓，則可以測量O℃以下的溫度。為了使其自身發(fā)熱最小化，一個(gè)無(wú)負載的AD594／AD595的總電流是160μA，當然也可以把5 mA以上的電流傳送給負載。
1．1 溫度穩定性
每個(gè)AD595都測試過(guò)在不同溫度時(shí)對零點(diǎn)進(jìn)行測量時(shí)的溫度誤差。冷接頭補償器的誤差、放大器的偏移量以及增益誤差等綜合起來(lái)決定了AD595在額定環(huán)境溫度范圍內的輸出穩定性。圖2顯示了AD595的測量誤差分布范圍。圖2中的坐標單位為℃。
1．2 熱環(huán)境效應
AD595本身固有的低能量耗散以及低熱阻抗的封裝使得它由于自身發(fā)熱引起的誤差可以忽略。例如，在靜止的空氣中，芯片的環(huán)境熱阻抗大約為80℃／W(D型封裝)。在額定的800μW的耗散下，在自由的空氣中自身發(fā)熱誤差小于0．065℃。浸沒(méi)于液態(tài)的氟中，熱阻抗大約為40℃／W，使得自身發(fā)熱誤差大約為O．032℃。如圖2為AD595的測量誤差分布。

單片機采集溫度值時(shí)，AD595的第1腳感受炭黑導電材料的溫度變化；第8腳輸出與溫度對應的電壓變化，變化系數為10 mV／℃，該電壓經(jīng)過(guò)LM358放大送至V／F單元進(jìn)行轉換，之后單片機把采集信息存放在FM24C04中。

2 V／F轉換器件LM331
LM331是美國NS公司生產(chǎn)的性?xún)r(jià)比較高的集成芯片，可作精密頻率電壓轉換器使用。LM331采用了新的溫度補償能隙基準電路，在整個(gè)工作溫度范圍內和低到4．OV電源電壓下都有極高的精度；同時(shí)，它的動(dòng)態(tài)范圍寬，可達100 dB；線(xiàn)性度好，最大非線(xiàn)性失真小于O．01％；工作頻率低，到O．1 Hz時(shí)還有較好的線(xiàn)性；變換精度高，數字分辨率可達12位；外接電路簡(jiǎn)單，只需接入幾個(gè)外部元件就可方便構成V／F或F／V等變換電路，并且容易保證轉換精度。電路見(jiàn)圖4。