高分辨率溫度測量
發(fā)布時間:2020-03-10 來源:Moshe Gerstenhaber 和 Michael O''''''''Sullivan 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】熱電偶放大器AD8494內(nèi)置一個片內(nèi)溫度傳感器,一般用于冷結(jié)補(bǔ)償,將熱電偶輸入端接地,該器件便可用作一個獨(dú)立的攝氏溫度計。在這種配置中,放大器在片內(nèi)儀表放大器的輸出引腳與(一般接)參考引腳之間產(chǎn)生5 mV/°C的輸出電壓。這種方法有一個缺點,當(dāng)測量較窄范圍的溫度時,系統(tǒng)分辨率不佳??紤]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(tǒng)具有約1°C/LSB的分辨率。如果目標(biāo)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(tài)范圍僅有1/50得到利用。
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(chǎn)生5 mV/°C的輸出電壓。然而,現(xiàn)在參考引腳由運(yùn)算放大器AD8538(配置為單位增益跟隨器)驅(qū)動,因此5 mV/°C電壓出現(xiàn)在R1兩端。流經(jīng)R1的電流也會流經(jīng)R2,從而在該串聯(lián)組合兩端產(chǎn)生一個溫度相關(guān)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(chǎn)生2 V的輸出電壓變化。新系統(tǒng)的分辨率為0.05°C/LSB,比原電路提高20倍。AD8538緩沖該電阻網(wǎng)絡(luò),以低阻抗驅(qū)動參考引腳,從而保持良好的共模抑制性能和增益精度。
圖2. 高分辨率溫度測量
必須確保系統(tǒng)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(tǒng)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(gòu)成電阻分壓器,用于模擬所需的熱電偶電壓來調(diào)整放大器,以便在所需的溫度時將輸出電壓設(shè)為0。如果VDD噪聲較高,可以利用精密基準(zhǔn)電壓源和分壓器電路來提供更安靜、更精確的偏移調(diào)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(diào)誤差為±1°C至±3°C,用戶必須進(jìn)行失調(diào)校準(zhǔn),以便改善絕對精度。
圖3. 具有偏移調(diào)整功能的更高分辨率溫度測量
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