PDF《电路笔记 CN-0391》

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8 图3. 热电偶输出电压与温度的关系 表1. 各类热电偶的范围和赛贝克系数以及ITS-90公式范围 类型 ITS-90公式 范围(°C) 赛贝克系数 (0°C,μV/°C) 赛贝克系数 (400°C,μV/°C) E -200至+1000

59 80 J -210至+1200

50 55 K -200至+1372

39 42 N -200至+1300

26 37 T -50至+400

39 62 R -50至+1768

5 10 S -50至+1768

5 10 B 250至1820 3(250°C时)

4 利用 AD7124-8 的集成 PGA,可以轻松检测热电偶的小电 压并将其精确转换为数字信号. 冷端温度范围是 0°C 至50°C;

为确定最大和最小输出电压 范围,须检查各类热电偶的电压摆幅,并且纳入从热电偶 电压减去的冷端电压分量.E 型热电偶需要的范围最宽, 如表

2 所示. 表2. 热电偶最大电压摆幅(E 型) 输出 热端 冷端 电压 最大值 1000°C 0°C 76.4mV 最小值 ?270°C 50°C ?12.88mV 使用内部 2.5 V 基准电压时,AD7124-8 ADC 双极性输入范 围是?50 mV 至VREF/G. VREF = 2.5 V 且PGA 增益设置为 G =

32 时,双极性 ADC 输入范围是?50 mV 至78.125 mV.此 范围涵盖了所有

8 类热电偶的输出电压范围,故而无需外 部信号调理电路;

对所有类型热电偶,PGA 都可以使用固 定增益 32.

24 位分辨率支持测量信号范围很小的热电偶 (例如B型),无需进行增益调整.热电偶以单端模式连接到 ADC,负输入连接到 GND 以降低传感器噪声. EVAL-CN0391-ARDZ 板有

4 个迷你 U型插口热电偶连接器 (Omega PCC-SMP-U-100),用于连接热电偶连接器.冷端 位于连接器触头处,CJC RTD 靠近连接器. CN-0391 电路使用简单的

2 线RTD 连接,但AD7124-8 包 含匹配的可编程激励电流, 可用于

2 线、

3 线和

4 线RTD. 关于

3 线和

4 线应用的详细信息,请分别参阅电路笔记 CN-0381 和电路笔记 CN-0383. 系统噪声测量和结果 系统噪声必须很低才能精确测量热电偶输出的微小电压. 图4所示为热电偶连接器在一个通道上短路时采集的

256 个样本的直方图.AD7124-8 sinc3 滤波器开启,数据速率 为50 Hz. 图4. 单通道的短路输入直方图,

256 样本,ADC Sinc3 滤波器开启,50 Hz 数据速率 从直方图可知,折合到输入端的峰峰值噪声为

978 nV.对于78 mV 的满量程输入,无噪声码分辨率可计算如下: 系统热电偶测量和结果 为了进行热电偶系统测量试验,需要知道宽温度范围内热 电偶温度的准确数据. 油浴法很准确, 但其温度范围有限, 而且稳定过程很慢. 精确的热电偶仿真器可以代替油浴法,比如Time Electronics

1090 温度校准器就是很有吸引力的选择.图5所示为说明仿真器测试原理的框图. C20 C10 TEMPERATURE (°C)

0 10

20 30

40 50

60 70

80 C300

0 500

1000 THERMOELECTRIC VOLTAGE (mV)

1500 1800 B E J K N R S T 15300-003

0 1

2 3

4 5

6 7

8 9

10 8388010

8388023 8388030

8388035 8388040

8388044 8388048

8388052 8388056

8388060 8388064

8388068 8388072

8388076 8388080

8388085 8388089

8388093 8388098

8388104 8388110 NUMBER OF COUNTS ADC CODE 15300-004 无噪声码分辨率 位 电路笔记 CN-0391 Rev.

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8 图5. 利用热电偶仿真器测试热电偶测量系统 该仿真器允许用户输入热电偶类型和温度以及冷端温度. 然后,仿真器利用 ITS-90 表和公式将热电偶温度 TTC 和冷 端温度 TCJ 转换为相应的电压 VTC 和VCJ. 再将 VCJ 从VTC 中 扣除,便得到仿真器输出电压 VTC C VCJ. 仿真器的整体精度取决于热电偶类型和温度,典型值介于 0.5°C 和2°C 之间. 注意,仿真器并不测试系统冷端补偿电路的精度,后者必 须通过实际连接的热电偶单独测试. 图6显示了 E、J、K、N 和T型热电偶的仿真温度与测量温 度之间的误差,图7显示了 B、R、S 型热电偶的误差.测量 之前对 AD7124-8 ADC 进行了零电平和满量程内部校准. 图6.EVAL-CN0391-ARDZ 温度测量误差 (E、J、K、N、T 型热电偶,使用热电偶仿真器) 图7.EVAL-CN0391-ARDZ 温度测量误差 (B、R、S 型热电偶,使用热电偶仿真器) 图6和图