精确的温度至比特转换器解决了温度传感器测量难题

2015-07-15 09:12:48   来源:21ic   

关键字: 温度至比特转换器解决了温度传感器测量

尽管温度是我们生活的基本方面,但是温度难以准确测量。在现代电子产品时代到来之前,伽利略 (Galileo) 发明了能够检测温度变化的基本温度计。两百年后,席贝克 (Seebeck) 发现了热电偶,这种器件能够产生以不同金属的温度变化率为函数的电压。如今,常常利用热电偶以及受温度影响的电阻元件 (RTD 和热敏电阻器) 和半导体元件 (二极管) 以电子方式测量温度。尽管从这些组件获取温度的方法已为大家熟知,但是以好于 0.5oC 或 0.1oC 的准确度测量温度依然富有挑战性 (参见图 1)。

图 1:LTC2983 的温度准确度

要数字化这些基本传感器元件,就需要专门的模拟电路设计、数字电路设计和固件开发技术。LTC2983 将这些专门技术整合到单一 IC 中,解决了与热电偶、RTD、热敏电阻器以及二极管有关的每一种独特挑战。该器件整合了每种类型传感器所必需的模拟电路和温度测量算法以及线性化数据,以直接测量每种传感器,并以 oC 为单位输出测量结果。

热电偶概述

热电偶产生的电压是热电偶尖头 (热电偶温度) 和电路板上电气连接点 (冷接点温度) 之间温差的函数。为了确定热电偶温度,需要准确测量冷接点温度,这种方法即大家熟知的冷接点补偿。冷接点温度通常由单独放置在冷接点处的温度传感器 (非热电偶) 确定。LTC2983 允许二极管、RTD 和热敏电阻器作为冷接点传感器使用。为了将来自热电偶的电压输出转换成温度,必须求解 (利用表或数学函数) 高阶多项式 (高达 14 阶) 以得到被测电压和冷接点温度。LTC2983 内置了用于所有 8 种标准热电偶 (J、K、N、T、R、S、T 和 B) 的多项式,以及用于定制热电偶的用户设定表数据。LTC2983 同时测量热电偶输出和冷接点温度,并执行所有必需的计算,然后以 oC 为单位报告热电偶温度。

热电偶:重要的是什么?

热电偶产生的输出电压很低 (满标度时 <100mV) (参见图 2)。由于 ADC 存在偏移和噪声,所以所测量电压值必须很低。此外,该电压是绝对电压读数,需要准确 / 低漂移基准电压。LTC2983 含有一个低噪声、偏移连续校准的 24 位增量累加 ADC (偏移和噪声 <1μV),并具备最大值为 10ppm/oC 的基准 (参见图 3)。

图 2:热电偶设计挑战

图 3:采用二极管冷接点补偿的热电偶测量

当热电偶尖头裸露于低于冷接点温度的温度时,热电偶的输出电压还能够低于地。这迫使系统增加第二个负电源或者输入电平移位电路,因此使系统变得更加复杂了。LTC2983 纳入了一个专有前端,能够用以地为基准的单一电源对信号进行数字化。

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编辑:什么鱼
本文引用地址: http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0715/article_12335.html
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