熱電偶信號(hào)數(shù)字化電路(06-100)

　　熱電偶是工業(yè)溫度測(cè)量常用的傳感器，它具有精度高、經(jīng)濟(jì)和溫度寬的特點(diǎn)。熱電偶測(cè)量其熱端和冷端之間的溫度差。為了得到熱端感測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)溫度，必須測(cè)試?yán)涠藴囟群拖鄳?yīng)地調(diào)節(jié)熱電偶輸出。現(xiàn)在，位于熱電偶信號(hào)處理單元輸入端的冷端同溫通?？烤哂懈邿釋?dǎo)率的材料片保持。熱導(dǎo)率381W/mK的銅是理想的材料。輸入連接必須電隔離，熱連路到片上。整個(gè)信號(hào)處理單元理想上應(yīng)該處在這種同溫環(huán)境中。

　　熱電偶信號(hào)范圍為μV/℃量級(jí)，熱電偶的信號(hào)處理單元對(duì)電磁干擾(EMI)敏感，熱電偶線往往遭受EMI。EMI增加了接收信號(hào)的不確定性和損害所采集溫度數(shù)據(jù)的精度。另外，此連接所需的專(zhuān)門(mén)熱電偶纜線是昂貴的，假若無(wú)意中用另外的纜線替代，則會(huì)變得分析困難。

　　由于EMI與線長(zhǎng)度成正比，所以使噪聲最小的通常選擇是把控制電路靠近感測(cè)點(diǎn)，增加1個(gè)靠近感測(cè)點(diǎn)的遠(yuǎn)程板或采用復(fù)雜的信號(hào)濾波和纜線屏蔽。1個(gè)比較妙的方案是在靠近感測(cè)點(diǎn)數(shù)字化熱電偶輸出(圖1).

　　在此實(shí)例中，信號(hào)處理電路包括低電平DC放大器、溫度傳感器、冷端補(bǔ)償電路、帶內(nèi)部基準(zhǔn)的ADC、開(kāi)路熱電偶檢測(cè)器和報(bào)警指示器以及數(shù)字輸出接口。所有這些功能現(xiàn)在都集成在小的IC中，如Maxim公司的MAX6674和MAX6675。它們的串行輸出是熱電偶感測(cè)點(diǎn)溫度的數(shù)字表示。

　　用“K”型熱電偶對(duì)MZX6674/6675的熱電偶一數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行定標(biāo)。MAX6674具有0℃～128℃范圍，分辨率0.125℃；MAX6675具有0℃～1024℃范圍，分辨率0.25℃。這兩款I(lǐng)C都包含1個(gè)SPI兼容的接口。圖1中IC1的SPI由本地脈沖時(shí)序產(chǎn)生器(IC2和IC3)驅(qū)動(dòng)，使IC1產(chǎn)生4800波特異步串行字符串(每秒4個(gè)字符)：1個(gè)起始位、11個(gè)數(shù)據(jù)位(MAX6675為13位)、1個(gè)停止位。11(或13)個(gè)數(shù)據(jù)位包括10(或12)位二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)和1位開(kāi)路熱電偶告警位。晶振保證數(shù)據(jù)的波特率精度。熱電偶感測(cè)接點(diǎn)必須與電路電隔離。必須確保在所有時(shí)間內(nèi)IC1工作在-20℃～85℃溫度范圍內(nèi)。遠(yuǎn)程電源和數(shù)據(jù)接收器通過(guò)雙絞線連接電路。溫度測(cè)量IC1內(nèi)部10位ADC單次轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)并在纜線上呈現(xiàn)為串行數(shù)據(jù)字。(魯)