如何利用ADUCM360精密监控热电偶温度(二)

2013-12-23 09:37:21来源: 互联网
代码说明

用于测试本电路的源代码可从ADuCM360产品页面下载(zip压缩文件)。

UART配置为波特率9600、8数据位、无极性、无流量控制。如果本电路直接与PC相连,则可以使用“超级终端” (HyperTerminal)等通信端口查看程序来查看该程序发送给UART的结果,如图3所示。

图3

图3.“超级终端”通信端口查看程序的输出

测量热电偶和RTD的温度,以获得温度读数。通过查找表,将RTD温度转换为它的等效热电偶电压(可查看ISE公司的ITS-90 T型热电偶表)。这两个电压相加以得出热电偶的 绝对温度值。

首先,V1是热电偶两条线之间测得的电压。通过查找表,测量RTD电压并转换为温度值;然后,该温度值再转换为它的等效热电偶电压(V2)。随后,V1和V2相加得出总热电 偶电压值,此数值经转换后作为最终的温度测量值。

图4.

图4. 使用简单线性逼近法时的误差

最初,这一转换是基于一个简单的线性假设:热电偶的温度为40V/°C。从图4可以看出,只有针对0°C左右的小范围温度,如此转换所产生的误差才是可以接受的。计算热电偶温度的更好方法是对正温度使用6阶多项式,对负温度使用7阶多项式。这需要进行数学运算,导致计算时间和码字大小增加。适当的折衷是针对固定数量的电压计算相应的温度,然后将这些温度存储在一个数组中,其间的值利用相邻点的线性插值法计算。从图5可以看出,使用这种方法时误差显著降低。图5表示使用理想热电偶电压的算法误差。

图5.

图5. 使用分段线性逼近法时的误差

图6表示在ADuCM360上采用ADC1测量全热电偶工作范围内的52个热电偶电压,所产生的误差。整体最大的误差为《1°C。

图6.

图6. 使用分段线性逼近法时的误差(采用ADuCM360/ADuCM361测量的52个校准点)

像热电偶一样,RTD温度可使用查找表的方法计算与实现。注意,描述RTD温度与电阻关系的多项式与描述热电偶的多项式不同。

常见变化

ADP1720 可以代替ADP120调节器,前者具有同样的工作温度范围(−40°C至+125°C),功耗更低(典型值为35A,后者为70A)且具有更低的最大输入电压。请注意,ADuCM360/ADuCM361可以通过标准串行线接口编程或调试。

对于标准UART至RS-232接口,可以用ADM3202等器件代替FT232R收发器,前者需采用3 V电源供电。对于更宽的温度范围,可以使用其它热电偶,例如J型热电偶。为使冷结补偿误差最小,可以让一个热敏电阻与实际的冷结接触,而不是把它放在PCB上。

针对冷结温度测量,可以用一个外部数字温度传感器来代替RTD和外部基准电阻。例如,ADT7410可以通过I2C接口连接到ADuCM360/ADuCM361。

如果USB连接器与本电路之间需要隔离,则应增加隔离器件ADuM3160/ADuM4160。

电路评估与测试

为测试与评估电路,将热电偶测量和RTD测量单独进行评估。

热电偶测量测试

基本测试设置如图7。热电偶与J5相连,必须安装J1跳线以便对AIN7/VBIAS引脚进行热电偶共模电压设置。电路板从PC的USB连接获得电源。

使用两种方法来评估本电路的性能。首先使用连接到电路板的热电偶来测量冰桶的温度,然后测量沸水的温度。

使用Wavetek 4808多功能校准仪来充分评估误差,如图4和图6所示。这种模式下,校准仪代替热电偶作为电压源,如图7所示。为了评估T型热电偶的整个范围,利用校准仪设置T型热电偶−200°C至+350°C的正负温度范围之间52个点的等效热电偶电压。(可查看ISE公司的ITS-90 T型热电偶表)。

为评估查找算法的精度,将551电压读数(等效温度范围:−200°C至+350°C,间隔+1°C)送往温度计算函数。图4和图5表示以线性法和分段线性逼近法计算的误差。

图7.

图7. 用于在热电偶完整输出电压范围内校准和测试电路的设置

RTD测量测试

为评估RTD电路和线性化源代码,以精确可调节的源电阻替代板上的RTD。采用仪器为1433-Z Decade Resistor。RTD值在90Ω至140Ω之间,表示的RTD温度范围为−25°C至+114°C。

图8表示测试设置电路,图9表示RTD测试的误差结果。

图8.

图8. 用于测量RTD误差的测试设置

图9.

图9. RTD测量误差,以°C表示(采用分段线性代码和ADC0测量)

关键字:ADUCM360  精密监控  热电偶

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/1223/article_22232.html
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