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热电偶是一种常见又经济的宽温度范围测温手段。T型热电偶(铜康铜)具有灵敏、稳定、易制造、防湿的特点——印刷电路板的铜到铜连接则了等温块的必要性。这些是T型热电偶进入从导管到食品加工等多种应用的部分主要原因,这些应用不需要K型等其他热电偶所具备的宽温度范围。 本文引用地址:zyclxmzsw ADI拥有集成冷端补偿机制的热电偶放大器,但T型热电偶不在此列。幸运的是,T型和K型放大器在 约100°C的温度范围内,具有类似的电压特性。K型热电偶调节器(如AD8495或AD8497)可以利用这种相似性来测量T型热电偶,并将误差降至超低水平。较高温度条件下的输出电压会偏离AD8495的理想5 mV/°C传递函数,所以,有必要通过查找表或多项式考虑该差异。示意图是用来自NIST的T型热电偶表以及AD8495的传递函数生成的,以展示AD8495在各种参考结温条件下的输出。 图1.AD8495在T型热电偶条件下计算得到的输出 可以运用该图或该6阶多项式将输出电压映射到测量温度上。VOUT (mV) = a0 + a1 × T + a2 × T2 + … + a6 × T6,其中,系数为: 在–200°C至+350°C的整个测量温度范围内和0°C至50°C的参考结温范围内,该多项式计算得到的误差约为–2.50 mV至+2.28 mV,约低于±0.5°C。必须加上热电偶容差和AD8495放大器误差。 请注意,当温度低于0°C时,输出电压为负。输出电压相对于参考引脚(REF)进行测量,因此,可以提高REF端的电压,以便在单电源供电时,将负的输出电压偏置到正输出电压。请参阅AD8495数据手册,了解在用热电偶进行设计时要考虑的重要事项,包括接地、滤除干扰和布局布线注意事项,以便使器件温度等于参考结温。 作者简介 .Scott Hunt 是线性产品部(马萨诸塞州威明顿市)的一名产品应用工程师。他获得伦斯勒理工学院电气工程学士学位后,于2011年加入ADI公司。Scott专门从事集成精密放大器技术工作,包括仪器仪表放大器、差分放大器和热电偶放大器。
仪器仪表行业企业、各会员单位:zyclxmzsw 为了贯彻落实《中国制造 2025》,积极推进仪器仪表行业转型升级,提高企业竞争力,实现中国仪器仪表制造大国向制造强国的转变,经协会理事长联席会议研究,从 2017 年开始举办由协会主办,以行业内外企业家、专家为依托的中国仪器仪表产业发展峰会(以下简称峰会),一年一度的协会理事(扩大)会议同期举办。峰会将围绕行业发展的热点、难点和焦点问题,汇聚行业企业家、专家的观点和评述,交流企业发展战略研究、技术和市场趋势预判、产业与金融资本的深度融合、企业经营管理等方面的心得和经验,引导企业整体实力,推动行业发展。 2017 年仪器仪表产业发展峰会暨协会七届五次理事(扩大)会议将于 9 月 20 日-22 日在郑州召开。本次会议由中国仪器仪表行业协会主办,新乡市平原示范区、中仪协光学仪器分会、中仪协分析仪器分会、中仪协试验仪器分会协办,《分析仪器》杂志、《中国仪器仪表》杂志、机经网、仪器信息网、《自动化博览》(控制网)、分析测试百科网等媒体支持。现将有关事项通知如下: 一、会议时间:9 月 20 日-22 日(20 日报到) 二、会议地点:郑州银河来旺达酒店 三、会议内容: 1、七届五次理事(扩大)会议 会议时间:9 月 20 日 19:00-21:00 召开中国仪器仪表行业协会七届五次理事(扩大)会议,请协会理事单位按时参会。 2、2017 年仪器仪表产业发展峰会 会议时间:9 月 21 日全天 已确定报告人及内容如下(排名不分先后): 3、峰会晚宴:21 日 18:00 开始 4、考察新乡市平原示范区 考察时间:9 月 22 日上午 考察项目:中原生物医药产业园、电子信息产业园、河南金水电缆集团 四、参会人员 仪器仪表行业企业技术、生产、管理负责人 五、会议费 会员单位:1000 元/人,非会员单位:2000 元/人。 六、报名方式 1. 在线报名: 2. 发送参会回执表(见附件)报名。 报名截止时间:2017 年 9 月 15 日 七、会务须知 1.发票:需要会议费增值税专用发票的,请在 8 月 31 日前汇款。 2.协会账号信息:户名:中国仪器仪表行业协会;开户行:工行北京礼士路支行;账号:0200003609014475572。汇款备注“仪器仪表产业峰会” 3. 本次会议统一安排食宿,住宿费自理。郑州银河来旺达酒店: 单人间:358 元/天;双人间:358 元/天。 八、联系方式 协会联系人:阎晓冬,徐妍妍;:13811826140、15811447230; /传真:01068586062;邮箱:xuyy@cima.org.cn 酒店联系人:李文坦;:13683812949 附件: 关于召开七届五次理事会暨2017年仪器仪表产业发展峰会正式通知3.pdf
图1中的电路专为使用 ADT7320同时测量3个K型热电偶而设计,该器件是一款±0.25°C精度、16位数字SPI温度传感器。zyclxmzsw 热电偶电压测量 采用热电偶连接器和滤波器作为热电偶与AD7793 ADC之间的接口。每个连接器(J1、J2和J3)都直接与一组差分ADC输入相连。AD7793输入端的滤波器可在信号到达ADC的AIN (+)和AIN(?)输入端之前降低任何热电偶引脚上叠加的噪声。AD7793集成片内多路复用器、缓冲器和仪表放大器,可放大来自热电偶测量结点的小电压信号。 冷结测量 ADT7320精密16位数字温度传感器用于测量基准结(冷结) 温度,其精度在?20°C至+105°C温度范围内可达±0.25°C。 ADT7320完全经过工厂校准,用户无需自行校准。它内置一个带隙温度基准源、一个温度传感器和一个16位Σ-Δ型 ADC, 用来测量温度并进行数字转换, 分辨率为 0.0078°C。 AD7793和ADT7320均利用系统演示平台 (EVAL-SDP-CB1Z)由SPI接口控制。此外,这两个器件也可由微控制器控制。 图2. EVAL-CN0172-SDPZ电路评估板 图2显示带有3个K型热电偶连接器的EVAL-CN0172-SDPZ 电路评估板,AD7793 ADC, 和ADT7320温度传感器安装在独立柔性印刷电路板(PCB)的两块铜触点之间,用于基准温度测量。 图3是安装在独立柔性PCB上ADT7320 的侧视图,该器件插在热电偶连接器的两个铜触点之间。图3中的柔性PCB更薄更灵活,比小型FR4类PCB更具优势。它允许将ADT7320巧妙地安装在热电偶连接器的铜触点之间,以尽量降低基准结和ADT7320之间的温度梯度。 图3. 安装在柔性PCB上ADT7320的侧视图 小而薄的柔性PCB还能使ADT7320快速响应基准结的温度变化。 图4显示ADT7320的典型热响应时间。 图4.ADT7320典型热响应时间 本解决方案较为灵活,允许使用其它类型的热电偶,如J型或T型。本电路笔记中,选择K型是考虑到其更受欢迎。实际选用的热电偶具有裸露 。测量结位于探头壁(probe wall)之外,暴露在目标介质中。 采用裸露 的优势在于,它能提供 的热传导率、具有快的响应时间,并且成本低、重量轻。不足之处是容易受到机械损坏和腐蚀的影响。因此,不适合用于恶劣环境。但在需要快速响应时间的场合下,裸露 是 选择。若在工业环境中使用裸露 ,则可能需对信号链进行电气隔离。可使用数字隔离器达到这一目的 (见 不同于传统的热敏电阻或电阻式温度检测器(RTD), ADT7320是一款完全即插即用型解决方案,无需在电路板装配后进行多点校准,也不会因校准系数或线性化程序而消耗处理器或内存资源。它在3.3 V电源下工作时的典型功耗仅为700μW,避免了会降低传统电阻式传感器解决方案精度的自发热问题。 精密温度测量指南 下列指南可确保ADT7320地测量基准结温度。 电源: 如果ADT7320 从开关电源供电,可能产生50 kHz以上的噪声,从而影响温度精度。为了防止此缺陷,应在电源和VDD. 之间使用RC滤波器。所用元件值应仔细考虑,确保电源噪声峰值小于1 mV 去耦: ADT7320必须在尽可能靠近 VDD 的地方安装去耦电容,以确保温度测量的精度。使用诸如0.1μF高频陶瓷类型的去耦电容。此外,还应使用一个低频去耦电容与高频陶瓷电容并联,如10μF 至 50 μF 钽电容。 热传导: 塑料封装和背面的裸露焊盘(GND)是基准结至ADT7320的主要热传导路径。由于铜触点与ADC输入相连,本应用中无法连接背面的焊盘,因为这样做会影响 ADC输入的偏置。 精密电压测量指南 下列指南可确保AD7793地测量热电偶测量结电压。 去耦:AD7793必须在尽可能靠近AVDD 和 DVDD 的地方安装去耦电容,以确保电压测量的精度。应将0.1 μF陶瓷电容与 10 μF钽电容并联,将AVDD去耦到GND。此外,应将0.1 μF 陶瓷电容与10 μF钽电容并联,将DVDD去耦到GND。 更多有关接地、布局和去耦技巧的讨论,请参考Tutorial MT-031 和 Tutorial MT-101 滤波:AD7793的差分输入用于热电偶线路上的大部分共模噪声。例如,将组成差分低通滤波器的R1、R2和C3放置在AD7793的前端,可热电偶引脚上可能存在的叠加噪声。C1和C2电容提供额外的共模滤波。由于输入ADC 的AIN(+)和AIN(?)均为模拟差分输入,因此,模拟调制器中的多数电压均为共模电压。AD7793的出色共模抑制(100 dB小值)进一步了这些输入信号中的共模噪声。 本方案解决的其它难题 下文总结了本解决方案是如何解决前文提到的其它热电偶相关难题。 热电偶电压放大:热电偶输出电压随温度的变化幅度只有每度几μV。本例中所用的常见K型热电偶变化幅度为41μV/°C。这种微弱的信号在ADC转换前需要较高的增益级。 AD7793内部可编程增益放大器(PGA)能够提供的 增益为128。本解决方案中的增益为16,允许AD7793通过内部基准电压源运行内部满量程校准功能。 热电偶的非线性校正:AD7793在宽温度范围(–40°C至 +105°C)内具有出色的线性度,不需要用户校正或校准。为了确定实际热电偶温度,必须使用美国 标准技术研究院(NIST)所提供的公式将参考温度测量值转换成等效热电电压。此电压与AD7793测量的热电偶电压相加,然后再次使用NIST公式将两者之和再转换回热电偶温度。另一种方法涉及查找表的使用。然而,若要获得同样的精度,查找表的大小可能有较大不同,这就需要主机控制器为其分配额外的存储资源。所有处理均通过EVAL-SDP-CB1Z以软件方式完成。EVAL-SDP-CB1Z以软件方式完成。 欲查看完整原理图和EVAL-CN0172-SDPZ的布局,请参见 CN-0172设计支持包: 常见变化 对于精度要求较低的应用,可用 AD7792 16位Σ-Δ 型ADC 替代 AD7793 24位Σ-Δ 型ADC对于基准温度测量,可用 ±0.5°C精度的 ADT7310 数字温度传感器替代±0.25°C精度的 ADT7320. AD7792和ADT7310均集成SPI接口。
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