集成放大器冷结补偿的热电偶温度测量系统

最新更新时间:2013-09-28来源: 互联网关键字:集成放大器  冷结补偿  热电偶  温度测量 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

电路功能与优势

  图1所示电路是一款完整的热电偶信号调理电路,带有冷结补偿功能并后接一个16位∑-△型模数转换器(ADC)。 AD8495热电偶放大器为测量K型热电偶温度提供了一种简单的低成本解决方案,且包含冷结补偿功能。

  AD8495中的固定增益仪表放大器可放大热电偶的小电压,以提供5 mV/°C输出。该放大器具有高共模抑制性能,能够抑制热电偶的长引线可能会拾取的共模噪声。如需额外保护,该放大器的高阻抗输入端允许轻松添加额外的滤波措施。

  AD8476差分放大器提供正确的信号电平和共模电压,以驱动 AD7790 16位Σ-Δ 型ADC。

  该电路为热电偶信号调理和高分辨率模数转换提供了一种紧凑的低成本解决方案。

  图1. 集成冷结补偿的K型热电偶测量系统(原理示意图:未显示所有连接)

  图1. 集成冷结补偿的K型热电偶测量系统(原理示意图:未显示所有连接)

  电路描述

  热电偶是一种广泛用于温度测量的简单元件。它由两种异质金属的连接结组成。这些金属在一端相连,形成测量结,也称为热结。热电偶的另一端连接到与测量电子装置相连的金属线。这种连接形成了第二个结——基准结,也称为冷结。为了得出测量结的温度(TMJ),用户必须知道热电偶所产生的差分电压。用户还必须知道基准结温(TRJ)所产生的误差电压。补偿基准结温误差电压称为冷结补偿。为使输出电压精确地代表热结测量结果,电子装置必须补偿基准(冷)结温的任何变化。

  该电路使用 AD8495热电偶放大器,并采用单个5 V电源供电。AD8495的输出电压针对5 mV/°C校准。采用5 V单电源时,输出在大约75 mV和4.75 V之间保持线性,对应于15°C至950°C的温度范围。AD8495的输出驱动 AD8476 单位增益差分放大器的同相输入端,该放大器则将单端输入转换为差分输出,用于驱动 AD7790 16位Σ-Δ 型ADC。

  AD8495输入端之前的低通差分和共模滤波器可消除RF信号,如果任由其到达AD8495,它可能会被整流,表现为温度波动。两个100Ω电阻和一个 1μF电容构成一个截止频率为800Hz的差分滤波器。两个0.01nF电容构成一个截止频率为160 kHz的共模滤波器。AD8476差分放大器的输出端在信号施加于AD7790 ADC之前使用了一个类似的滤波器。

  AD8495输入可保护器件不受最高超出对侧供电轨25 V的输入电压偏移的影响。例如,在该电路中,正供电轨为5 V而负供电轨接地时,器件可以安全地承受-20 V至+25 V的输入电压。基准引脚和检测引脚处的电压不得超出供电轨0.3 V以上。此特性对存在电源时序控制问题的应用特别重要,这类问题可导致信号源在施加放大器电源之前活动。

  该系统的理论分辨率可根据AD8495的带宽、电压噪声密度和增益来计算得出。峰峰值(无噪声码)分辨率(单位为位)为:

  峰峰值(无噪声码)分辨率(单位为位)

  峰峰值(无噪声码)分辨率(单位为位)

  AD8476是一款功耗极低的全差分精密放大器,集成了用于单位增益的薄膜激光调整型10kΩ增益电阻。它是此类应用的理想之选,因为它能够防止在AD8495上施加相对较高的阻抗负载。

  AD7790是一款适合低频测量应用的低功耗、完整模拟前端,内置一个低噪声16位∑-△ADC,其中有一个可配置为缓冲或无缓冲模式的差分输入端。

  测试结果

  衡量该电路性能的一个重要指标是线性误差量。在-25°C至+400°C范围内,AD8495的输出精度在2°C以内。在此范围以内或以外工作时,要实现更高的精度,必须在软件中实施一种线性校正算法。CN-0271评估软件使用NIST热电电压查找表来确保15°C至950°C范围内输出误差在1°C以内。

  图2将AD8495与CN-0271系统的性能进行了比较,并显示了对ADC输出进行线性化校正后的结果。有关如何在软件中实施此算法的详情,请参见 AN-1087 应用笔记使用AD8494/AD8495/AD8496/AD8497时的热电偶线性化。

  图2. AD8495输出误差、CN-0271电路总误差图2. AD8495输出误差、CN-0271电路总误差以及热电偶非线性校正后的CN-0271电路总误差

  图2. AD8495输出误差、CN-0271电路总误差图2. AD8495输出误差、
CN-0271电路总误差以及热电偶非线性校正后的CN-0271电路总误差

系统的噪声性能对电路的精度也很重要。图3显示了1,000个测量样本的直方图。该数据是利用连接到 EVAL-SDP-CB1Z系统演示平台(SDP-B)评估板的 CN-0271 评估板获得的。有关设置详情,请参见“电路评估与测试”部分。

  测得的峰峰值噪声约为6 LSB (1 LSB = 4.9 V ÷ 65536 = 74.8μV),对应于0.449 mV p-p和13.4位的无噪声分辨率。

  测得的峰峰值噪声约为6 LSB (1 LSB = 4.9 V ÷ 65536 = 74.8μV),对应于0.449 mV p-p和13.4位的无噪声分辨率。

  这表明转换器并未降低无噪声分辨率,因为从固定热电偶输入电压所测分辨率而得到的无噪声位数与根据AD8495的理论输出噪声而预测的无噪声位数大致相同。

  图3. 120 Hz条件下1,000个样本的码字直方图

  图3. 120 Hz条件下1,000个样本的码字直方图

  有关本电路笔记的完整设计支持包, 请访问 www.analog.com/CN0271-DesignSupport

  常见变化

  为了测量负温度,需对基准引脚施加一个电压,以偏置0°C时的输出电压。 AD8495 的输出电压为:

  VOUT = (TMJ × 5 mV/°C) + VREF

  通过将电路修改为采用双电源供电,可以测量完整的K型热电偶范围−200°C至+1250°C。AD8495采用单电源供电时,测量低于环境温度的温度时会得到非线性结果,因为输出开始发生饱和,接近于供电轨。要在较低温度条件下保持精度不变,请使用双电源,或者通过对基准引脚施加合适的偏移电压对输出进行电平转换。

  AD8494针对J型热电偶进行了校准。AD8494和AD8495针对0°C和50°C之间的基准结进行了优化。

  AD8496 (J型)和 AD8497(K型)针对25°C和100°C之间的基准结进行了优化。

  经验证,该电路能够稳定地工作,并具有良好的精度。

  电路评估与测试

  本电路使用EVAL-CN0271-SDPZ电路板和系统演示平台(SDP-B)控制器板(EVAL-SDP-CB1Z)。这两片板具有120引脚的对接连接器,可以快速完成设置并评估电路性能。EVAL-CN0271-SDPZ包含要评估的电路,如本电路笔记所述;SDP-B控制器板与CN-0271评估软件一起使用,可从EVAL-CN0271-SDPZ电路板中获取数据。

  设备要求 需要以下设备:

  • 带USB端口的Windows® XP、Windows Vista®(32位)或Windows® 7(32位)PC

  • EVAL-CN0271-SDPZ电路评估板

  • SDP-B控制器板( EVAL-SDP-CB1Z) 或SDP-S控制器板( EVAL-SDP-CS1Z)

  • CN-0271 SDP评估软件

  • 6 V电源(EVAL-CFTL-6V-PWRZ)或同等直流电源

  开始使用

  将 CN-0271 评估软件光盘放进PC的光盘驱动器,加载评估软件。打开我的电脑,找到包含评估软件的驱动器。

  功能框图

  电路框图参见本电路笔记的图1,电路原理图参见EVALCN0271-SDPZ-SCH-RevA.pdf文件。此文件位于 CN-0271 设计支持包中。

  设置

  将 EVAL-CN0271-SDPZ电路板上的120引脚连接器连接到SDP-B控制器板( EVAL-SDP-CB1Z)上的CON A连接器。使用尼龙五金配件,通过120引脚连接器两端的孔牢牢固定这两片板。

  在断电情况下,将EVAL-CFTL-6V-PWRZ插头连接到板上标有J5的管式连接器。如果没有,则将+6V和GND引脚连接到板上提供的两个J4引脚螺丝。此外,将SDP-B板附带的USB电缆连接到PC上的USB端口。

  然后,将一个K型热电偶连接器连接到板上的J1,另一端连接到测试设备。

  测试

  启动评估软件,并通过USB电缆将PC连接到SDP-B板上的微型USB连接器。一旦USB通信建立,就可以使用SDP-B板来发送、接收和捕捉来自 EVAL-CN0271-SDPZ 板的串行数 据。

  图4显示了CN-0271 SDP-B评估软件界面的屏幕截图,图5则显示了EVAL-CN0271-SDPZ评估板和SDP-B板的照片。有关SDP-B板的信息,请参阅UG-277用户指南。

关键字:集成放大器  冷结补偿  热电偶  温度测量 编辑:神话 引用地址:集成放大器冷结补偿的热电偶温度测量系统

上一篇:高效节能 动力锂电池的检测及化成
下一篇:atmega16单片机用于智能型铅酸电池充电器

推荐阅读最新更新时间:2023-10-12 20:49

基于RS-232的数字温度测量计的设计与实现
  引言   温度的测量与工农业生产息息相关,比如说大棚蔬菜,温度对它们的影响是显而易见的。人们在生活中能够品尝到各种季节水果,很大的原因在于种植人员对其生长的环境进行了合理的调整,提供了适宜的温度条件等。但现有的测温系统还存在缺陷,不能远距离传输数据,实时效果较差,仍然有待加强,本设计的目的和意义就在于完善现有的设备,以获得更高的效益,提高人们的生活质量。   1、系统方案设计   根据初步设想,接收端通过信号线能够接收到发送端传送来的数据,并显示数据,其方框图如图一所示。     图一 温度测量传输系统方框图   本设计决定采用51系列单片机STC89C52作为发送机和接受机的主控芯片,在发送端通过温度传感器进行温度采集,并
[单片机]
基于RS-232的数字<font color='red'>温度测量</font>计的设计与实现
常见传感器分类和工作原理
传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。传感器有许多种,在先进测量技术这门课中提到了许多传感器,在现代工业生产尤其是自动化生产过程中,要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数,使设备工作在正常状态或最佳状态,并使产品达到最好的质量。因此可以说,没有众多的优良的传感器,现代化生产也就失去了基础。许多基础科学研究的障碍,首先就在于对象信息的获取存在困难,而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现,往往会导致该领域内的突破。 1  位移传感器 传感器的分类是可以通过转换原理、用途、输出信号以及制作材料和工艺分。根据工作原理可以分为两大类,分别是物理传感器和化学传感器。目前最常用的传感器之一是
[嵌入式]
采用RTD的高EMC性能精密温度测量解决方案
A Precision Temperature Measurement Solution with High EMC Performance Using an RTD 采用RTD的高EMC性能精密温度测量解决方案 简介 您是否想过如何设计一个具有高电磁兼容性(EMC)性能的精密温度测量系统?本文将讨论精密温度测量系统的设计考虑因素,以及如何在 保持测量精度的同时提高系统的EMC 性能。我们将以RTD温度测量为例介绍测试结果和数据分析,以便我们能够轻松地从概念开发出原型和产品并走向市场。 精密温度测量和EMC挑战 温度测量是模拟领域中最常用的一项检测技术。许多测量技术可用来检测环境温度。热敏电阻是一种小尺寸
[电源管理]
采用RTD的高EMC性能精密<font color='red'>温度测量</font>解决方案
如何选择选择温度测量控制系统?
  温度测量与控制无疑是最常见的测量参数,因为它是很多操作和任务的关键。精确的温度测量和控制是非常重要的制成品的质量,如成品金属部件,一个过程或系统的高效安全运行。   在今天的市场上,有无数的设备监测和控制温度,范围从简单的温度控制器,复杂的分布式控制系统。大部分温度测量和数据采集产品适合当前的运作,但他们在恶劣的工业环境中应用时,必须小心。   许多低成本的监测和控制设备和系统执行应用程序,他们没有接触到环境压力。虽然这些成本较低的设备和系统可能会为他们的预期目的,他们往往不会执行以及过度的电噪声环境中或暴露过电压输入条件。因此,选择合适的设备将在其中运行的环境是至关重要的准确和可靠的性能。   选择这些温度测量
[测试测量]
数字温度测量模块LTM8003及其应用
    摘要: LTM8003 是一种新型数字温度传感器模块,该模块具有管理512个数字温度传感器的能力,它可利用其自身的 RS-485 口来和上位机一起构成数字多点测温网络系统,可广泛应用于粮食、档案库等行业的温度监测系统中,文中介绍了该模块的特点、命令集及典型应用。     关键词: 数字温度传感器 测温网络 一线总线 DS18B20 LTM8003 1 概述 DS18B20 是美国 DLALAS 公司生产的一种新型“一线总线”数字温度传感器,该传感器具有接口简单、测温范围宽、测温精度高等特点,其“一线总线”便于构成测温网络,可大大降低连线费用。但该模块在构成大型测温网络应用时也存在一些不足,如
[应用]
导致S型热电偶出现测量误差的因素
无论多么精美的仪器,在使用过程中都会出现测量误差,S型热电偶也不例外。导致S型热电偶出现测量误差的因素,主要有安装不当、忽视S型热电偶保护管的维护、绝缘变差,以及热惰性这四点因素,接下来我们具体来分析导致S型热电偶出现测量误差的因素。 1、S型热电偶安装不当: 如S型热电偶安装的位置及插入深度不能反映炉膛的真实温度等,换句话说: S型热电偶不应装在太靠近门和加热的地方,插入的深度至少应为保护管直径的8~10倍; S型热电偶冷端太靠近炉体使温度超过100℃;热电偶的安装应尽可能避开强磁场和强电场,所以不应把热电偶和动力电缆线装在同一根导管内以免引入干扰造成误差; S型热电偶不能安装在被测介质很少流动的区域内,当用热电偶测量管内气体温
[测试测量]
集成运算放大器输出电流扩展电路原理
集成运算放大器输出电流扩展电路原理   以下三种电路的输出电流通常可达100mA左右 在需要更大的输出电流时,可再增加一级至两级由大功率管组成的射极跟随器。  工作原理 :图1所示为三种集成运算放大器输出电流扩展电路,图(a )为双极性扩展电路;图(b)、图(c)为单极性扩展电路。   在图1(a )所示电路中,当输出电压为正时,BG1管工作、BG2管截止;输出电压为负时,BG1管截止、BC2管工作。二极管D1、D2 的作用是给BG1、BG2管提供合适的偏压,以消除交越失真。
[模拟电子]
<font color='red'>集成</font>运算<font color='red'>放大器</font>输出电流扩展电路原理
温度测量的基本概念
温度测量的基本概念 温度是表征物体冷热程度的物理量。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量,而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点(零点)和测量温度的基本单位。目前国际上用得较多的温标有华氏温标、摄氏温标、热力学温标和国际实用温标。  华氏温标(oF)规定:在标准大气压下,冰的熔点为32度,水的沸点为212度,中间划分180等分,每第分为报氏1度,符号为oF。  摄氏温度(℃)规定:在标准大气压下,冰的熔点为0度,水的沸点为100度,中间划分100等分,每第分为报氏1度,符号为℃。  热力学温标又称开尔文温标,或称绝对温标,它规定分子运动停止时的温度为绝对零度,记符号为K。 国际实用温标是一个国际
[模拟电子]
小广播
最新模拟电子文章
换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved