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嵌入温度电路设计
来源:本站整理  作者:佚名  2011-05-17 09:05:19



很多的应用不需要精确的温度测量。精确的温度测量是成本高的。降低一点精度要求,就会有很多可供选择的成效方案,例如可选用:二极管、热敏电阻、RTD(电阻温度计)、热电偶、硅温度计等测温方法。
在选择温度感测电路时,传感器的成本比温度范围、稳定性或精度更重要。实现温度信号调理3种最经济的方法是用热电偶、二极管和热敏电阻。本文将对这3种经济的测温电路进行描述。
热电偶电路
图1示出热电偶电路和一种信号调理电路,其基本单元包括:
热电偶网络
模拟滤波器、增益单元
A/D变换器
微控制器 
 


在热电偶网络中,TC1是处于实际温度测量点的热电偶。TC2是和TC1相同型号的第二个热电偶。TC1和TC2都是E型热电偶。热电偶TC3和TC4是硬件实现所需配件,它们连接TC1和TC2到PCB的铜线 。
4个热电偶有3个放置在同温单元中使它们保持在给定温度。用模拟增益单元获得所有4个热电偶的等效输出电压并进行滤波。增益单元有一个单电源CMOS放大器(MCP601),配置做为一个2阶低通切比雪夫滤波器。放大器的输出信号用12位A/D变换器(MCP3201)数字化。MCP3201输出码串行送到微控制器(PIC12C508),微控制器把来自热电偶网络的电压变为用摄氏或华氏表示的温度。
热电偶由两个不同的金属构成。在E型热电偶中,两种金属是铬镍和康铜。热电偶所产生的电压通常称之为EMF(电动势)电压,它代表热电偶两端的温度差。此电压随温度变化,不用任何电流或电压激励。
热电偶EMF电压参照0C是很容易定义的。用图1所示的感测电路,从TC1和TC4中扣除TC2和TC3的电压。因为TC3和TC4的材料和温度是相同的,所以这些结对测量误差的贡献是零。TC2用于从测量点热电偶(TC1)扣除同温单元温度误差,使TC1的EMF电压以0C为其准。每个热电偶温度感测电路都需要第2个温度电路消除PCB上由不希望热电偶的引起的误差。第二个温度电路通常用增加一个热敏电阻的简单电路设计。
热电偶所产生EMF电压的范围从几微伏到几十毫伏。此电压是可重
复的,但是,是非线性的,可用查表法从系统中消除这种非线性。在信号调理电路中需要一个模拟增益级。假若在测量点的温度范围为250C~6000C,则MCP601放大器的滤波器/增益级合适的增益设置应为104V/V。
二极管测温电路
二极管测温电路示于图2.在此温度感测元件是用IN4148(Fairchild公司)二极管。对于不需要高精度的应用来说,二极管是有用的、便宜的温度感测器件。假若用恒流激励它,则标准二极管(如IN4148)电压随温度的变化是~5mv/0C。用电流激励,二极管具有相当好的线性电压-温度性能。电压激励(VDIODE)与跨接在二极管上随温度变化的电压之比值越大,线性误差就越小。表1列出3个电压基准,其中10V提供最好的线性度。应当注意,基准电压的变化改变流经二极管的电流。因此,建议对于较高精度应用应采用精确电压基准。 
 

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