高分辨率温度测量

作者：Moshe Gerstenhaber and Michael O'Sullivan

AD8494热电偶放大器内置一个片内温度传感器，通常用于冷端补偿，通过将热电偶输入接地，该器件可用作独立的摄氏温度计。在这种配置中，放大器在片内仪表放大器的输出和（正常接地）基准引脚之间产生5 mV/°C输出电压。这种方法的一个缺点是测量窄温度范围时系统分辨率较差。考虑一下：采用5 V单电源供电的10位ADC具有4.88 mV/LSB分辨率。这意味着图1所示系统的分辨率约为1°C/LSB。如果目标温度范围较窄，例如20°C，则输出变化100 mV，仅利用ADC可用动态范围的1/50。

图1.简单的温度计。

图2所示电路解决了这个问题。与以前一样，放大器在仪表放大器的输出和基准引脚之间产生5 mV/°C电压。但是，现在基准电压源引脚由AD8538运算放大器（配置为单位增益跟随器）驱动，因此5 mV/°C电压出现在R1两端。流过R1的电流也流过R2，在串联组合上产生温度敏感电压，即（R 1 + R 2）/R1倍于R1两端的电压。根据所示值，输出电压在20 ×5 mV/°C = 100 mV/°C时变化，因此20°C的温度变化会产生2 V输出电压变化。新的0.05°C/LSB系统分辨率比原始电路提高了20：1。AD8538缓冲电阻网络，以低阻抗驱动基准电压源引脚，以保持良好的共模抑制和增益精度。

图2.高分辨率温度测量。

必须注意使系统灵敏度与所需温度范围相匹配。例如，25°C时的输出电压为2.5 V，因此当输出电压在0.5 V至4.5 V范围内变化时，系统可以在5°C至45°C范围内精确测量。

如图3所示的电路具有更高的灵敏度和可定制的温度范围。由R3和R4组成的电阻分压器模拟偏移放大器所需的热电偶电压，将其输出电压归零到所需电平。如果 VDD噪声较大时，可以使用精密基准电压源和分压器电路来提供更安静、更精确的失调调整。如图所示，该电路在25°C时的输出电压约为0.05 V，灵敏度为100 mV/°C（0.05°C/LSB分辨率），工作范围约为25°C至75°C。

AD8494的初始失调误差为±1°C至±3°C，因此用户必须包括失调校准以提高绝对精度。

图2.高分辨率温度测量。

审核编辑：郭婷