PDF《电路笔记 CN-0391》

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8 冷端补偿(CJC) 必须将热电偶产生的电压转换为温度.将测得的电压转换 为精确的温度是很困难的,因为热电偶电压很小,温度与 电压不是线性关系,而且还必须准确测量冷端温度. 热电偶输出电压代表热电偶与冷端的温差.图2显示,冷 端温度使用另一种温度敏感器件来测量,其通常是热敏电 阻、二极管、RTD 或半导体温度传感器.用于此电路的温 度检测器件为 Pt1000 RTD,四个通道中的每个通道都有一 个RTD 以保证精确测量. 图2中,总热电偶电压 VTC C VCJ 利用精密 ADC 测量,并通 过下式转换为数字格式: 其中: VTC ? VCJ 为实测热电偶电压. CODE 为ADC 码. N 为ADC 分辨率,N = 24. VREF 为测量所用基准电压.对于本电路,内部 2.5 V 基准电 压用于热电偶测量. G 为针对 TC 模式选择的增益,G = 32. ADC 工作在双极性差分模式. 一个恒流源 IOUT(从AD7124-8 ADC 获得)驱动 RTD 和1.6 kΩ 精密基准电阻 R5 的串联组合. CN-0391 电路的 IOUT 设置为

750 μA,其产生的标称 VREF 为1.6 kΩ *

750 μA = 1.2 V,RTD 上有

1 kΩ *

750 μA = 0.75 V 的压降.R5 两端的电 压用作 ADC 的基准电压.对于双极性差分输入模式,RTD 电阻 RRTD 利用下式计算;

其中: CODE 为ADC 码. N 为ADC 分辨率,N = 24. R5 为基准电阻,R5 = 1.6 kΩ. G 为针对 RTD 模式选择的增益,G = 1. 在CN-0391 电路中,热电偶电压和 RTD 电压均通过 AD7124-8 多通道

24 位ADC 转换.注意测量为比率式,不 取决于基准电压的精度或 IOUT 激励电流的值. RTD 电阻 RRTD 通过查找表或多项式公式转换为冷端温度 TCJ. RTD 传递函数即所谓 Callender-Van Dusen 公式, 它由 两个不同的多项式公式组成,可提供更精确的结果, CN-0391 软件即使用该公式.有关这些 RTD 公式的详细说 明,参见电路笔记 CN-0381. 冷端温度 TCJ 通过 ITS-90 热电偶数据库中的公式转换为相 应的热电偶电压 VCJ. CN-0391 软件使用 ITS-90 多项式公式 而非查找表来执行此转换. 软件将热电偶电压(VTC? VCJ)与冷端 VCJ 相加以获得热电偶 EMF VTC. 然后利用 ITS-90 逆公式将热电偶 EMF VTC 转换为等效热电 偶温度 TTC. 关于热电偶原理、 线性化表、 公式和冷端补偿, 请参阅 NIST ITS-90 热电偶数据库和 NIST 标准参考数据库

60 2.0 版 (位 于NIST 网站).关于热电偶和温度测量的一般理论,请参 阅《传感器信号调理》第7章. 模数转换 CN-0391 电路采用多通道

24 位Σ-Δ 型ADC AD7124-8. AD7124-8 内置一个输入多路复用器,并集成一个增益选项 为1至128 的可编程增益放大器(PGA).AD7124-8 可配置 为8路差分输入或

15 路伪差分输入. AD7124-8 的主要优势之一是用户可灵活使用三种功率模 式.功耗、输出数据速率范围和均方根噪声可通过所选功 率模式进行定制.该器件还提供多个滤波器选项,确保为 用户带来最大的灵活性. 内部 PGA 可将很小的热电偶电压放大到最适合内部 Σ-Δ ADC 的水平.适当的增益设置由热电偶信号幅度和基准电 压值决定. CN-0391 软件支持

8 类热电偶:B、E、J、K、N、R、S 和T型. 不同热电偶具有不同的范围和灵敏度,如图

3 所示.例如,J 型热电偶由铁和康铜连接而成,测量范围约为 -210°C 至+1200°C,0°C 时的灵敏度为

50 μV/℃.灵敏度 也称为赛贝克系数,与热电偶温度呈函数关系.8 类热 电偶的范围和赛贝克系数参见表 1. CN-0391 电路笔记 Rev.