基于AD7799的热敏电阻高精度测温系统

2011-06-17 11:20:42来源: 互联网

    在海洋调查中,对于温度参数的获取存在环境因素上的特殊性。由于海洋中水团边界相互叠置,同时不同水层有温度梯度等,要求系统具有高灵敏度;在海水的剖面测量中,当在运动的载体上测温(如投弃式CTD等)时,就要求系统传感器有足够的时间常数;而在海洋的一定深度下,温度的差别微乎其微,系统必须具有很高的精度。本系统中,主要选用24位的AD7799和NTC(负温度系数)玻封热敏电阻,实现了对温度的快速、高灵敏度和高精度测量。

1 高精度测温系统组成
   
该测温系统是“投弃式温盐深海流剖面测量系统”的测温部分,采用MSP430为MCU,精密的基准电压模块为A/D转换器提供参考电压,同时也为热敏电阻电桥提供激励源,AD7799的第3通道为测温通道,其余2通道用于测量其他参数。MCU将采集的数据通过RS485发送给工作站。其系统框图如图1所示。



2 高精度测温系统硬件设计
2.1 AD7799及其应用

    系统的测温分辨力及精度主要取决于A/D转换单元,这里选用高精度、宽动态范围、3通道24位△-∑型AD7799,该器件有完整的模拟前端,可直接测量传感器输出的微弱信号,转换精度达到24位无误码,采用三线串行口与MCU连接。AD7799具有以下特点:内置1~128增益的低噪声可编程仪表放大器;4.17~470 Hz的可编程输出数据速率;3个差分输入通道;50 Hz和60 Hz同步陷波,消除工频电源干扰;极低的均方根(RMS)噪声;低功耗;采用16引脚TSSOP封装,如图2为AD7799的引脚配置。


    设计中AD7799通过SPI串行接口与MSP430单片机连接,通过软件设置其第3通道为测温通道,转换频率为50Hz,内部增益为2可达到满意的测量效果。
    AD7799是一个高精度A/D转换器,为达到理想的使用效果,在具体设计中需要注意:A/D模拟输入端一般在缓冲器模式,以增加A/D转换器的输入电阻,减少信号源内阻对结果的影响;输入端最好采用全差分模式,避免AIN-接地,减少地线噪声干扰;差分信号线要短且对称;数字电路和模拟电路尽可能分开,避免相互交叠;信号线尽可能走焊盘面;AD7799的GND引脚和REFN-均与模拟地相连,数字地和模拟地应在同一点相连,AD7799位于这个连接点的上方;数字电源、模拟电源和参考电源相互隔离,并且都要用10μF钽电容和0.1μ斗F瓷片电容去耦,电容尽量靠近电源引脚。
2.2 温度传感器及其组成模块
   
系统温度传感器选用热敏电阻,热敏电阻具有以下特点:1)很大的负电阻温度系数,因此其温度测量灵敏度高;2)体积小,故热容量很小,可用于快速变化温度的测量;3)响应速度快,尤其是珠状玻封热敏电阻,其响应时间低于50 ms;4)具有很大的电阻值(kΩ级),因此导线电阻及接触电阻对测量的影响可忽略。该系统选用MF51型高精度热敏电阻,温漂为0.002℃/a。
    系统硬件连接如图3所示,基准电压选用ISL21009BFB812Z,该芯片输出1.250 V基准电压,精度可达±0.5 mV,温漂为3 ppm/℃,作为AD7799的参考电压,同时其输出电流达7 mA,可为测温电桥的激励源。测温电桥中的3个电阻与热敏电阻RT构成一个单臂电桥,热敏电阻RT随温度的变化引起电桥的电位差发生变化。系统中R1、R2、R3均为7.5 kΩ(1/1000)25 ppm的标准精密金属膜电阻,热敏电阻阻值在3~15 kΩ变化(相当于温度在40~-4℃范围内的变化,此为海洋温度范围)形成-0.20~0.25 V的差分信号输出。

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关键字:AD7799  热敏电阻  高精度测温

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2011/0617/article_2729.html
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