热电偶测温电路图大全（环路供电/传感器/OP07热电偶测温放大电路详解）

热电偶测温电路图（一）

高精度热电偶测温电路图

此设计概括了提供传感器诊断所必需的抗混叠滤波器和偏置电阻器。此示例还提供了一种新颖的方式，即使用ADS1118上的板载温度传感器完成对系统的冷端补偿。对于热电偶线性化，此设计还提供了一种非常简单的、可以在大多数微控制器上实施的线性算法。

特性

测量K型热电偶温度

精度1°C

高精度/可重复性0.2°C

包含冷端补偿

包含软件算法

使用ADS111816位ADC（带PGA）

原理图/方框图

热电偶测温电路图（二）

OP07构成的高稳定热电偶测温放大电路

OP07为低漂移（最大电压漂移25vV、最大温漂0.6pcV/C）、低噪声（最大0.6v咋一P）、超稳定性（最大0.6pLV门C．月）、宽电源电压范围（t3~±18V）的高性能运算放大器。

OP07构成的高稳定热电偶测温放大电路如图所示。

由于R3/Rl=R4/R2，因此，OP07构成差分放大器，测温部分为“测温”热电偶和“参考”热电偶，后者置于环境中，前者置于被测物体上，“测温”热电偶上的温度变化转换为热电势，经放大后输出电压。

热电偶测温电路图（三）

电路功能与优势

图1所示电路是一个基于24位Σ-Δ型ADCAD7793的完整热电偶系统。AD7793是一款适合高精度测量应用的低功耗、低噪声、完整模拟前端，内置PGA、基准电压源、时钟和激励电流，从而大大简化了热电偶系统设计。系统峰峰值噪声约为0.02°C。

AD7793的最大功耗仅500μA，因而适合低功耗应用，例如整个发送器的功耗必须低于4mA的智能发送器等。AD7793还具有关断选项。在这种模式下，整个ADC及其辅助功能均关断，器件的最大功耗降至1μA。

AD7793提供一种集成式热电偶解决方案，可以直接与热电偶接口。冷结补偿由一个热敏电阻和一个精密电阻提供。该电路只需要这些外部元件来执行冷结测量，以及一些简单的R-C滤波器来满足电磁兼容性（EMC）要求。

图1.带冷结补偿的热电偶测量系统

电路描述

本电路使用T型热电偶。该热电偶由铜和康铜构成，温度测量范围为−200°C至+400°C，产生的温度相关电压典型值为40μV/°C。

热电偶的传递函数不是线性的。在0°C至+60°C的温度范围，其响应非常接近线性。但是，在更宽的温度范围内，必须使用一个线性化程序处理。

测试电路不包括线性化功能，因此，本电路的有用测量范围是0°C到+60°C。在该温度范围内，热电偶产生0mV至2.4mV的电压。内部1.17V基准电压用于热电偶转换。因此，AD7793的增益配置为128。

AD7793采用单电源供电，热电偶产生的信号必须被偏置到地以上，从而处于该ADC支持的范围。对于128倍的增益，模拟输入端的绝对电压必须在GND+300mV至AVDD–1.1V范围内。

AD7793片上集成的偏置电压发生器偏置热电偶信号，使其共模电压为AVDD/2，确保以相当大的裕量满足输入电压限值要求。

热敏电阻在+25°C时的值为1kΩ，0°C时的典型值为815Ω，+30°C时的典型值为1040Ω。假设0°C至30°C的传递函数为线性，则冷结温度与热敏电阻R之间的关系为：

冷结温度=30×（R–815）/（1040–815）

AD7793的1mA激励电流用于为热敏电阻和2kΩ精密电阻供电。基准电压利用该2kΩ外部精密电阻产生。这种架构提供一种比率式配置，激励电流用于为热敏电阻供电，并产生基准电压。因此，激励电流值的偏差不会改变系统的精度。

对热敏电阻通道进行采样时，AD7793以1倍的增益工作。对于+30°C的最大冷结温度，热敏电阻上产生的最大电压为1mA&TImes;1040Ω=1.04V。

热敏电阻的选择条件是：热敏电阻上产生的最大电压乘以PGA增益的结果小于或等于精密电阻上产生的电压。

对于ADC_CODE的转换值，相应的热敏电阻值R等于：

R=（ADC_CODE–0x800000）&TImes;2000/223

还需要考虑AD7793IOUT1引脚的输出顺从电压。使用1mA激励电流时，输出顺从电压等于AVDD–1.1V。从上述计算可知，电路满足这一要求，因为IOUT1的最大电压等于精密电阻上的电压加上热敏电阻上的电压，等于2V+1.04V=3.04V。　　AD7793以16.7Hz的输出数据速率工作。每读取10个热电偶转换结果，就读取1个热敏电阻转换结果。相应的温度等于：

温度=热电偶温度+冷结温度

AD7793的转换结果由模拟微控制器ADuC832处理，所得的温度显示在LCD显示器上。

该热电偶设计采用6V（2节3V锂电池）电池供电。一个二极管将6V电压降至适合AD7793和模拟微控制器ADuC832的电平。ADuC832电源与AD7793电源之间有一个RC滤波器，用以降低进入AD7793的电源数字噪声。

图2显示了T型热电偶上产生的电压与温度的关系。圆圈内的区域是从0°C到+60°C，该区域内的传递函数接近线性。

图2.热电偶电动势与温度的关系

当系统处于室温时，热敏电阻应指示室温的值。热敏电阻指示的是相对于冷结温度的相对温度，即冷结（热敏电阻）与热电偶的温差。因此，在室温时，热电偶应指示0°C。。

如果将热电偶放在一个冰桶中，热敏电阻仍旧测量环境（冷结）温度。热电偶应指示热敏电阻值的负值，使得总温度等于0。

最后，对于16.7Hz的输出数据速率和128倍的增益，AD7793的均方根噪声等于0.088μV。峰峰值噪声等于：

6.6&TImes;均方根噪声=6.6&TImes;0.088μV=0.581μV

如果热电偶的灵敏度恰好为40μV/°C，则热电偶的温度测量分辨率为：

0.581μV÷40μV=0.014°C

图3所示为实际的测试板。系统评估如下：分别在室温时以及将热电偶放入冰桶的情况下，测量热敏电阻温度、热电偶温度和分辨率。结果如表1所示。

图3.采用AD7793的热电偶系统

从表1可知，热电偶报告的温度正确，热敏电阻则有0.3°C的误差。这是未包括线性化处理时的系统精度。如果对热电偶和热敏电阻进行线性化处理，系统精度将会提高，系统将能测量更宽的温度范围。

如果每读取10次就计算一次最小与最大温度读数之差，则用温度表示的峰峰值噪声为0.02°C。因此，实际的峰峰值分辨率非常接近期望值。