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高分辨率溫度測量

發布時間:2020-03-10 來源:Moshe Gerstenhaber 和 Michael O''''''''Sullivan 責任編輯:wenwei

【導讀】熱電偶放大器AD8494內置一個片內溫度傳感器,一般用于冷結補償,將熱電偶輸入端接地,該器件便可用作一個獨立的攝氏溫度計。在這種配置中,放大器在片內儀表放大器的輸出引腳與(一般接)參考引腳之間產生5 mV/°C的輸出電壓。這種方法有一個缺點,當測量較窄范圍的溫度時,系統分辨率不佳。考慮這一情況:采用5 V單電源供電的10位ADC具有4.88 mV/LSB的分辨率。這意味著,圖1所示的系統具有約1°C/LSB的分辨率。如果目標溫度范圍較窄,例如20°C,則輸出改變幅度為100 mV,ADC的可用動態范圍僅有1/50得到利用。
 
http://www.glbsdfl.com/art/artinfo/id/80037821
圖1. 簡單溫度計
 
圖2所示的電路能夠解決這一問題。同上述配置一樣,放大器在儀表放大器的輸出引腳與參考引腳之間產生5 mV/°C的輸出電壓。然而,現在參考引腳由運算放大器AD8538(配置為單位增益跟隨器)驅動,因此5 mV/°C電壓出現在R1兩端。流經R1的電流也會流經R2,從而在該串聯組合兩端產生一個溫度相關的電壓,其大小為(R1 + R2)/R1乘以R1兩端的電壓。利用圖中所示的值,可以得出輸出電壓以20 × 5 mV/°C = 100 mV/°C的幅度改變,因此20°C溫度變化將產生2 V的輸出電壓變化。新系統的分辨率為0.05°C/LSB,比原電路提高20倍。AD8538緩沖該電阻網絡,以低阻抗驅動參考引腳,從而保持良好的共模抑制性能和增益精度。
 
http://www.glbsdfl.com/art/artinfo/id/80037821
圖2. 高分辨率溫度測量
 
必須確保系統靈敏度與所需的溫度范圍匹配。例如,25°C時的輸出電壓為2.5 V,輸出電壓的變化范圍為0.5 V至4.5 V,則系統可以精確測量5°C至45°C范圍的溫度。
 
圖3所示電路能夠提供更高的靈敏度和可定制的溫度范圍。R3和R4構成電阻分壓器,用于模擬所需的熱電偶電壓來調整放大器,以便在所需的溫度時將輸出電壓設為0。如果VDD噪聲較高,可以利用精密基準電壓源和分壓器電路來提供更安靜、更精確的偏移調整。如圖所示,該電路在25°C時的輸出電壓約為0.05 V,靈敏度為100 mV/°C(0.05°C/LSB分辨率),測量范圍約為25°C至75°C。
 
AD8494的初始失調誤差為±1°C至±3°C,用戶必須進行失調校準,以便改善絕對精度。
 
http://www.glbsdfl.com/art/artinfo/id/80037821
圖3. 具有偏移調整功能的更高分辨率溫度測量
 
 
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