24位ADC在热电偶测温中的应用

文章来源:http://www.shllsensor.com 发布时间:2022-02-25 浏览次数:32

热电偶由于价格便宜、测量精度高、工作温度范围宽、构造简单、使用方便等优点,应用范围非常广。ITS-90中列出了如下8种最常见的热电偶类型及其测量温度范围。在热电偶应用中,信号处理电路需要处理非常微弱的电压信号,以常用的K型热电偶为例,当测量-270℃温度时对应输出电压-6.458mV,测量1372℃温度时对应输出电压54.886mV,整个测量范围内温度每变化1℃,输出电压变化40uV。由于热电偶输出电压信号微弱,信号处理电路一般需要较大的增益,同时由于引线较长,往往会在信号上叠加较大的共模干扰噪声。因此信号采集处理的时候就需要,在提取并放大差分信号的同时,尽量抑制共模噪声对被测差分信号的影响。

  传统的处理方法是,采用差分放大电路或者仪表放大器来处理热电偶输出信号,利用电路的高CMRR提取差分信号并滤除共模噪声,然后再放大到合适的输入范围进行10-12bit的AD采样,其存在的缺点是价格不菲,同时对工程师的模拟电路设计能力及调试能力有相当高的要求。

  另一种可选的办法是,选用差分输入的24bit ADC对信号进行直接采样,由于差分ADC的测量信号为Vp-Vn,天然具有差分信号的提取能力及共模噪声抑制作用,同时可以大大简化模拟电路的设计,对工程师十分友好。

  如下参考设计中工程师选用了AS1412进行K型热电偶的温度测量,AS1412是原子半导体的24bit ADC,其内置的PGA最高可达128倍,可以有效放大输入的差分信号,设计中外围电路包含了必要的抗混叠滤波器设计、以及用于偶丝开路监测的偏置电路等,另外,这个参考设计充分利用了AS1412内置的温度传感器进行冷端补偿温度测量,冷端补偿算法和线性拟合算法参考了ITS-90的分度表和多项式进行设计。

  如下为参考设计的实物板卡及测量Fluke 714热电偶校准器输出时的连接图。在室温条件下测量并记录如下实测结果,表明在如下表格范围内得到的测量误差小于±0.2℃。


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