熱電偶測溫電路圖（四）

熱電偶測溫電路圖

熱電偶測溫電路圖（五）

電路功能與優(yōu)勢

圖1中的電路在功能上可提供高精度、多通道的熱電偶測量解決方案。精確的熱電偶測量要求采用精密元件組成信號鏈，該信號鏈應當能夠放大微弱的熱電偶電壓、降低噪聲、校正非線性度并提供精確的基準結補償（通常稱為冷結補償）。本電路可解決熱電偶溫度測量的全部這些難題，并具有±0.25°C以上的精度。

圖1中的電路顯示將3個K型熱電偶連接至AD7793精密24位Σ-Δ型模數(shù)轉換器（ADC），以測量熱電偶電壓。由于熱電偶是一種差分器件而不是絕對式溫度測量器件，必須知道基準結溫才能獲得精確的絕對溫度讀數(shù)。這一過程被稱為基準結補償，通常稱為冷結補償。本電路中ADT7320精密16位數(shù)字溫度傳感器用于冷結基準測量，并提供所需的精度。

對于需要在熱電偶提供的寬溫度范圍內(nèi)進行高性價比的精確溫度測量而言，這類應用非常受歡迎。

圖1.多通道熱電偶測量系統(tǒng)

電路描述

圖1中的電路專為使用ADT7320同時測量3個K型熱電偶而設計，該器件是一款±0.25°C精度、16位數(shù)字SPI溫度傳感器。

熱電偶電壓測量

采用熱電偶連接器和濾波器作為熱電偶與AD7793ADC之間的接口。每個連接器（J1、J2和J3）都直接與一組差分ADC輸入相連。AD7793輸入端的濾波器可在信號到達ADC的AIN（+）和AIN（−）輸入端之前降低任何熱電偶引腳上疊加的噪聲。AD7793集成片內(nèi)多路復用器、緩沖器和儀表放大器，可放大來自熱電偶測量結點的小電壓信號。

冷結測量

ADT7320精密16位數(shù)字溫度傳感器用于測量基準結（冷結）溫度，其精度在−20°C至+105°C溫度范圍內(nèi)可達±0.25°C。ADT7320完全經(jīng)過工廠校準，用戶無需自行校準。它內(nèi)置一個帶隙溫度基準源、一個溫度傳感器和一個16位Σ-Δ型ADC，用來測量溫度并進行數(shù)字轉換，分辨率為0.0078°C。

AD7793和ADT7320均利用系統(tǒng)演示平臺（EVAL-SDP-CB1Z）由SPI接口控制。此外，這兩個器件也可由微控制器控制。

圖2.EVAL-CN0172-SDPZ電路評估板

圖2顯示帶有3個K型熱電偶連接器的EVAL-CN0172-SDPZ電路評估板，AD7793ADC，和ADT7320溫度傳感器安裝在獨立柔性印刷電路板（PCB）的兩塊銅觸點之間，用于基準溫度測量。

圖3是安裝在獨立柔性PCB上ADT7320的側視圖，該器件插在熱電偶連接器的兩個銅觸點之間。圖3中的柔性PCB更薄更靈活，比小型FR4類PCB更具優(yōu)勢。它允許將ADT7320巧妙地安裝在熱電偶連接器的銅觸點之間，以盡量降低基準結和ADT7320之間的溫度梯度。

圖3.安裝在柔性PCB上ADT7320的側視圖

小而薄的柔性PCB還能使ADT7320快速響應基準結的溫度變化。圖4顯示ADT7320的典型熱響應時間。

圖4.ADT7320典型熱響應時間

本解決方案較為靈活，允許使用其它類型的熱電偶，如J型或T型。本電路筆記中，選擇K型是考慮到其更受歡迎。實際選用的熱電偶具有裸露尖端。測量結位于探頭壁（probewall）之外，暴露在目標介質中。

采用裸露尖端的優(yōu)勢在于，它能提供最佳的熱傳導率、具有最快的響應時間，并且成本低、重量輕。不足之處是容易受到機械損壞和腐蝕的影響。因此，不適合用于惡劣環(huán)境。但在需要快速響應時間的場合下，裸露尖端是最佳選擇。若在工業(yè)環(huán)境中使用裸露尖端，則可能需對信號鏈進行電氣隔離。可使用數(shù)字隔離器達到這一目的。

不同于傳統(tǒng)的熱敏電阻或電阻式溫度檢測器（RTD），ADT7320是一款完全即插即用型解決方案，無需在電路板裝配后進行多點校準，也不會因校準系數(shù)或線性化程序而消耗處理器或內(nèi)存資源。它在3.3V電源下工作時的典型功耗僅為700μW，避免了會降低傳統(tǒng)電阻式傳感器解決方案精度的自發(fā)熱問題。

熱電偶測溫電路圖（六）

本文為大家?guī)淼氖且豢?4位4-20mA環(huán)路供電型熱電偶溫度測量系統(tǒng)電路設計圖，該電路是一完整的環(huán)路供電型熱電偶溫度測量系統(tǒng)，使用精密模擬微控制器的PWM功能控制4mA至20mA輸出電流。具有更高分辨率的PWM驅動4mA至20mA環(huán)路的優(yōu)勢，支持溫度范圍為−200°C至+350°C的T型熱電偶。

電路功能與優(yōu)勢

圖1所示電路是一款完整的環(huán)路供電型熱電偶溫度測量系統(tǒng)，使用精密模擬微控制器的PWM功能控制4mA至20mA輸出電流。

圖1.ADuCM360控制4mA至20mA基于環(huán)路的溫度監(jiān)控電路

電路原理：本電路將絕大部分電路功能都集成在精密模擬微控制器ADuCM360上，包括雙通道24位Σ-Δ型ADC、ARMCortex™-M3處理器內(nèi)核以及用于控制環(huán)路電壓高達28V的4mA至20mA環(huán)路的PWM/DAC特性，提供一種低成本溫度監(jiān)控解決方案。其中，ADuCM360連接到一個T型熱電偶和一個100Ω鉑電阻溫度檢測器（RTD）。RTD用于冷結補償。低功耗Cortex-M3內(nèi)核將ADC讀數(shù)轉換為溫度值。支持的T型熱電偶溫度范圍是−200°C至+350°C，而此溫度范圍是4mA至20mA。本電路具有以更高分辨率的PWM驅動4mA至20mA環(huán)路的優(yōu)勢。基于PWM的輸出提供14位分辨率。電路采用線性穩(wěn)壓器ADP1720供電，可將環(huán)路加電源調節(jié)至3.3V，為ADuCM360、運算放大器OP193和可選基準電壓源ADR3412提供電源。