嵌入温度电路设计

发布时间:2008/6/3 0:00:00 访问次数:489

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。

表1 实现流经in4148二极管额定0.1ua电流所需合适的电阻值与二极管基准电压的关系