具有冷端补偿的数字温度转换芯片MAX6675中文手册

具有冷端补偿的数字温度转换芯片MAX6675中文手册 热电偶冷端补偿的应用 摘要: 热电偶是一种应用最广泛的温度测量设备，因为其具有坚固性，可重复性，并且反应灵敏。热电偶应用说明书的定义是建立在其可操作性的基础上，其中包括冷端的定义和其功能。热电偶的应用说明书也为那些基于应用需求进行冷端测量设备的使用者具有导向作用。以下将为您展示三种不同的电路。 介绍: 在众多的温度传感器中，热电偶是最为常见的一种，如果你仔细留心观察，你会发现你可以在很多设备系统中发现热电偶的踪迹，不管是方便我们出行的汽车，还是每天都要用到的家用电器。比起像电阻温度器件(RTDs)和温度传感集成电路(ICs)类似的测量设备，热电偶用最低的成本测量温度更广的范围，另外，加上热电偶还有坚固性，可重复性，反应灵敏等优良性质，使得热电偶在绝大多数情况下成为首选。 但是，使用热电偶也存在一些不足，热电偶缺乏线性是值得注意的，虽然热电偶比起电阻温度器件(RTDs)和温度传感集成电路(ICs)能测量的温度范围要更广，但是线性却更少。还有电阻温度器件(RTDs)和温度传感集成电路(ICs)比起热电偶来说有更好的灵敏度和精确度，这是精确应用中两个必须注意的特性。热电偶还有一个不足就是它的发送信号的能力非常的弱，这时候就需要扩大或者高分辨率数据转换器处理信号。 尽管热电偶有以上一些不足，但是其低成本，易用性，加上能测量较广的温度范围，使得他在应用中还是很流行。 热电偶的基础: 热电偶是一种差分温度测量设备，其两根线是由不同的两个金属构成，一根是预先设定为正极，另外的一根就是负极。表1中列举出了四种常见的热电偶。不管是金属或者是合金在一定的温度范围内都允许。在特定的温度范围内每种类型的热电偶都有其独特的热电偶特性。 表一:热电偶的基本特性 活泼金属/合金 类型 惰性金属/合金 温度范围(?) T 铜 康铜 -200至+350 J 铁 康铜 0至+750 K 铬 铝镍合金 -200至+1250 E 铬 康铜 -200至+900 像图a一样，如果两个不同的金属共同形成两个不一样的电极，这种通过电环产生的电压使得两个不同电极之间的温度不同，这种现象就是众所周知的塞贝克效应。认为在这个过程中热能转化为了电能。与这种观点完全对立的帕尔贴效应认为是电能转化为了热能，在热电冷却器的观察中说明了这点。从图1a中显示的输出电压中可以发现，随着热结电压和参考冷电压之间的差值的不同，输出的电压也会有一定的偏差，这是因为热结电压和参考冷电压由两端不同的电极产生，输出电压还与温度不同有关系。温度系数a，和温度不同导致电压不同有关联，被称为贝克赛系数。 图1a。 在两个不同节点之间的温差热电偶产生的回路电压是贝克赛系数导致的的结果。 图1b 最常见的热电偶装备在热电偶连接的一端接入两线，每根导线的开口端都连接到了铜质的等温器。 图1b所阐述的装置已经被广泛的使用在热电偶的应用中。这个装置介绍了三分之一的金属(也被称为中间金属)成环外加两个结点。在这个例子中，每根电线的开口端连接到通电线端或者连接到有铜制的导线端。这些连接引出了系统中另加的两个结点。只要这两个结点处于同一水平温度下，这个中间金属也就是铜对输出电压不会产生任何影响。这个装置使得热电偶的使用不需要一个单独的参考结点。输出电压任然可以测出冷端和热端之间的温度差，这就和塞贝克温度系数有关。然后，因为热电偶要测量温度的差异，所以人们一定要知道冷端节点的温度这样才能推断出真正的热端结点的温度。 最简单的一个例子就是当冷端结点处于零度的情况下，普遍说成是冰水参考温度。如果冷端结点的温度为零，在这个情况下输出电压就是热端温度。在这种情况下电压测量出的热端温度就直接可以看成是热端的真实温度。美国国家 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 局(NBS)提供查找包括热电偶电压和表征数据的表。各种类型的热电偶温度。但是这些数据都是建立在冷端结点温度处于零摄氏度的情况之下，在冷摄氏度做参考的情况下，你可以通过找到适当的表去推断出在热端的温度是多少。 在早期的热电偶的应用中，冰浴参考服务于标准的热电偶应用，但是冰浴参考在绝大多数情况下已经没有可用性了。因此，当冷端温度不是零摄氏度的时候，我们必须要知道冷端的真实温度从而才能知道热端的真实温度。由于电压是由非零 的冷端温度产生，所以输出电压也必须得到补偿。 选择一个冷端温度测量的设备 综上所述，如果想要实施冷端补偿，冷端结点的温度必须是可控的。而且这种计算可以在任何类型的温度测量仪器中完成。在类似的测量仪器中比较受欢迎的设备有:温度传感电路，热敏电阻，还有RTDs， 每一种设备相对于其他家庭设备来说有其优点当然也会存在不足。所以一个特定的应用需求决定使用哪种测量设备。 因为应用需要非常的精确，所以一个校准的铂热电阻在大范围的温度差中使用最有效。最好的效果当然也是花费最大的。 如果想要降低花费测量应用的话，热敏电阻和硅温度传感电路可以代替，但是精确度没有那么高。热敏电阻比硅温度传感电路计算的温度范围更广。尽管如此，硅温度传感电路因为其线性度而更受人们欢迎。要改正热敏电阻的非线性需要在微控制器系统中做的工作太多了。硅温度传感电路虽然有灵活的线性度但是能计算的温度范围太狭窄了。 总的来说，一个冷端温度测量设备一定要匹配要求的系统使用。在任何温度测量设备的应用中，精确度、温度范围、花费、线性度在选择过程中都是非常重要的考虑因素。为了选择成本和性能最好的结合，每个方面都必须考虑清楚。 统计数字 一旦你建立了一个冷端补偿的方法，这个补偿的输出电压必须翻译成相应的温度，一个简单的翻译方法可以使用国家统计局的查找表。在软件中应用查找表需要保管局保存记忆。档测量需要连续重复的时候，表提供了一个快速精确的解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。另外两个方法将热电偶电压翻译成温度除了查找表之外还需要一些其他的工作程序。1:线性近似使用多项式系数;2:热电偶模拟线性的输出信号。 软件的线性近似是非常流行的因为只有保管局的预定多项式的系数是必须得。对于这种方法存在的不足之处是:这个处理时间和处理多节多项式有联系。这个处理时间增加了高阶多项式，当处理范围较广的温度是，高阶多项式又是必须得。当需要高阶多项式的时候，查找表会比线性近似提供更高的精度和效率。 在现代软件之前，模拟线性化被普遍的使用在将电压转换为温度的应用中(除了通过查找表的手动搜索)这种基于硬件的方法使用模拟电路配合非线性热电偶的 反应。这种精确度依靠校正估计的使用。接受热电偶信号这种方法任然是常用的万用表。 应用电路 接下来的例子向我们展示了使用硅温度集成电路的三种冷端补偿方法。这三种电路仅仅只能解决很小的冷端温度补偿范围(0?到70?还有-40?到85?)，测试结果精确到几度。电路1包括一个靠近冷结点的局部温度感应芯片其功能是确定温度。电路2是一个远程二极管传感器，他是在二级管连接器上直接由一个二极管晶体直接安装的。电路三是一个包含冷端补偿的模电转换器。K型的热电偶是由镍铝和镍鉻组成，而这三种电路使用的就是K型的热电偶。 例1: 在图2所显示的电路中，一个16位的ADC转换为低级别的的热电偶电压以一个6进制的串行电路输出。一个集成可编译增益放大器增加ADC的分辨率。而当在低级别的热电偶信号下工作时及乘客便衣增益放大器又是经常需要的。一个温度感应芯片，非常靠近热电偶连接器。其主要功能是测量冷端结点附近的温度。这种测量方法是基于我们假设芯片的温度是大致接近于冷端节点的温度。这种方法是基于假设集成电路的温度大致和冷端的温度一致，从冷端温度传感器输出的电压通道2的ADC转化，这个温度集成片上的2.56孚的电压参考避免了需要单独的参考集成电路。 图2 本地温度检测IC(MAX6610)确定冷结温度。温度感应IC靠近热电偶连接器(冷端)。热电偶的输出电压和冷端温度传感器是由一个16位的ADC转换(MX7705). 在在双极模式操作时，ADC可以转换热电偶电压水平的正面和负面的目前在通道1.通道2的ADC转换成单端输出电压的MAX6610微控制器处理的数字信号。温度检测IC的输出电压正比于测量冷端温度。 要确定热端的实际温度，你必须首先确定冷结温度。然后使用K型热电偶由国家统计局提供的翻译冷端温度查找表到对应的热点电压。PGA的增益校正后，将此电压数字化热电偶读数。然后转换成温度的总和，再次使用的查找表，其结果是在热端的实际温度。表2显示其测量扫地时冷测量的准确度在很大程度上取决于本地温度检测IC和的准确性烘箱温度。 表2:图2电路的冷端和热端的样品测量独立烤箱 冷端温度(?) 热端测量温度(?) -39.9 +101.4 测量值#1 0.0 +101.5 测量值#2 +25.2 +100.2 测量值#3 +85.0 +99.0 测量值#4 上述表格中“热端测量温度”得值是经过补偿，热解温度测量电路。 示例2: 在图3中远程二极管温度检测IC测量电路的冷结点温度。不像本地温度检测IC，远程二极管温度传感器需要靠近冷端，因为它不是使用外部连接成二极管的晶体管测量冷端温度。这种晶体管是直接安装在热电偶接头固定夹。温度检测IC转换转换成数字输出信号从这个二级管连接的晶体管中。 ADC的通道1将热电偶电压装换成数字输出。未使用的ADC通道2并连接到地面。ADC的参考输入时美联储由一个稳定的2.5V电压参考IC。 图3:远端二极管温度传感器IC不必靠近冷端，因为它使用一个外部二极管感测温度。此二极管可直接安装的选件上的固定夹热电偶接头。该MAX6002提供了一个稳定的2.5V的参考电压的ADC表3显示测量冷端温度席卷从-40?至85?，而热端温度保持在100?测量的准确度取决于精度远端二极管温度检测IC和烤箱温度。 表3:图3电路的冷端和热端的样品测量独立烤箱 冷端温度(?) 热端测量温度(?) -39.8 +99.1 测量值#1 -0.3 +98.4 测量值#2 +25.0 +99.7 测量值#3 +85.1 +101.5 测量值#4 上述表格中“热端测量温度”的值是经过补偿，热结温度测量从电路。 示例3: 图4包括IC结合了一个12位的ADC具有温度检测二极管。温度检测二极管转换成电压的环境温度。IC需要的电压和热电偶电压并计算补偿后的热端温度。数字输出是经过补偿的热端有热电偶测的温度。此设备是保证温度误差在?9LSBs热端的温度为0?至700?。虽然这种装置可以测量宽范围的热交界处的温度，但是他可以测量的温度低于0摄氏度。 图4:集成冷结补偿的ADC，将热电偶电压转换，而不需要外部补偿。表4显示从图4的电路测量冷端温度0摄氏度到正负70摄氏度，同时保持热结点在100摄氏度。 表4:图4电路的冷端和热端的样品测量独立烤箱 冷端温度(?) 热端测量温度(?) -0.0 +100.25 测量值#1 +25.2 +100.25 测量值#2 +50.1 +101.0 测量值#3 +70.0 +101.25 测量值#4 值出现在列表有“热端测量温度“的十进制代表性的数字输出电路提供。 结论 工作时，热电偶，你必须建立一个参考点，因为热电偶是差分温度测量器件。 热电偶所提供的电压代表温度热端和冷端之间的差异。如果你知道冷端的温度和热端温度相对冷端温度，你能确定实际热结点温度。 适当的冷结点补偿装置的主要选择标准是准确，成本，线性，和温度范围。一些铂RTD精度最高，但成本高。热敏电阻价格低廉，工作温度范围窄，但具有合理的精度，线性度和成本低，从而使他们许多热电偶冷结点补偿应用一个合适的选择。