|
2 硬件電路設(shè)計(jì)
在測(cè)量過程中，熱電偶產(chǎn)生的一般是相對(duì)于冷端的溫差電動(dòng)勢(shì)。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一般規(guī)定冷端的溫度為0℃。而在實(shí)際使用中，將冷端放入冰水混合物中并不方便。如果本地溫度不為0℃，則溫差電動(dòng)勢(shì)就可能偏大或偏小。因此，實(shí)際電路通常需要對(duì)溫差電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。本系統(tǒng)采用AD7416來測(cè)量本地溫度，并根據(jù)分度表計(jì)算出對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電壓。其真實(shí)溫度的溫差電動(dòng)勢(shì)等于測(cè)得的電動(dòng)勢(shì)與補(bǔ)償電壓之差。
該便攜式低功耗、高精度數(shù)字溫度計(jì)的整個(gè)系統(tǒng)由四部分組成：第一是熱電偶；第二是AD7705、AD589組成的數(shù)據(jù)采集電路，其中A／D轉(zhuǎn)換電路的作用是將熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；第三部分是AD7416，由它可測(cè)量冷端溫度，并由此計(jì)算出補(bǔ)償電壓；第四部分是MSP430F413和六位筆段式液晶顯示器組成的控制和顯示電路。具體的電路原理圖如圖1所示。為了達(dá)到低功耗高精度之目的，本設(shè)計(jì)方案中所選的芯片都具有低功耗模式，可以在測(cè)量間隙工作于省電模式。下面對(duì)各部分電路加以具體說明。
2．1熱電偶
本設(shè)計(jì)中選用K型或J型鎳鉻－銅鎳（康銅）熱電偶。它們比較適用于氧化及弱還原性環(huán)境中的測(cè)溫系統(tǒng)，其測(cè)溫范圍為－200℃～1000℃，熱電動(dòng)勢(shì)范圍為－9．835mV～76．358mV，由于這些熱電偶具有穩(wěn)定性好，靈敏度高，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因而非常適合于便攜式測(cè)溫儀表的使用。圖2為鎳鉻－銅鎳（康銅）熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)－溫度曲線，經(jīng)過分析，其準(zhǔn)確度可達(dá)±0．1℃，在－150℃時(shí)，其靈敏度可達(dá)38μV／℃。
4 結(jié)束語
該系統(tǒng)的精度和分辨率主要取決于傳感器及A／D芯片的精度和分辨率。由于應(yīng)用中使用數(shù)字化不可能完全消除誤差，因此，測(cè)量溫度時(shí)還要注意消除由冷端溫度或冷端補(bǔ)償產(chǎn)生的誤差以及連接補(bǔ)償導(dǎo)線的誤差，同時(shí)應(yīng)注意電路誤差和由于噪聲、絕緣電阻、熱電阻等引起的誤差等。根據(jù)實(shí)際需要，可采用高穩(wěn)定性的熱電偶和精度為1℃的本地溫度傳感器，這樣可以在一定的溫度范圍內(nèi)提高精度。
本系統(tǒng)以MSP430F413、AD7705為核心實(shí)現(xiàn)了低功耗高精度便攜式溫度計(jì)的設(shè)計(jì)。對(duì)于便攜式儀器，本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了低成本寬測(cè)溫范圍條件下的低功耗高精度要求，具有一定的實(shí)用價(jià)值。目前此電路已投入應(yīng)用，實(shí)踐表明，整個(gè)便攜式低功耗高精度數(shù)字溫度計(jì)使用方便，工作穩(wěn)定，待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
|
