應用示例

熱電偶電路設計包括具有差分輸入及能夠分辨微小電壓的高分辨率ADC、穩定的低漂移基準，以及準確測量冷端溫度的方法。

圖2所示為簡化原理圖。MX7705是一款16位、Σ-Δ ADC，內置可編程增益放大器(PGA)，無需外部精密放大器，能夠分辨來自熱電偶的微伏級電壓。冷端溫度利用MAX6627遠端二極管傳感器以及位于熱電偶連接器處、連接成二極管的晶體管測量。MX7705的輸入共模范圍擴展至低于地電勢30mV，可實現有限的負溫度范圍[2]。


圖2. 熱電偶測量電路。MX7705測量熱電偶輸出，MAX6627和外部晶體管測量冷端溫度，MAX6002為MX7705提供2.5V精密電壓基準。

也有針對具體應用設計的IC，用于熱電偶信號調理。這些IC集成本地溫度傳感器、精密放大器、ADC和電壓基準。例如，MAX31855為冷端補償熱電偶至數字轉換器，可數字化K、J、N、T或E型熱電偶信號。MAX31855以14位(0.25°C)分辨率測量熱電偶溫度(圖3)。


圖3. 集成冷端溫度補償的ADC，轉換熱電偶電壓時無需外部補償。

誤差分析

冷端補償

熱電偶為差分傳感器，利用溫度結和冷端之間的溫差產生輸出電壓。根據式1，只有精密測得冷端絕對溫度(TREF)時，才能得到溫度結的絕對溫度(Tabs)。

可利用新型鉑RTD (PRTD)測量冷端絕對溫度。它在很寬的溫度范圍內提供良好的性能，尺寸小、功耗低，成本非常合理。

圖4所示為精密DAS的簡化原理圖，采用了MAX11200 (24位、Σ-Δ ADC)評估(EV)板，可實現熱電偶溫度測量。本例中，利用R1 - PT1000 (PTS 1206，1000Ω)測量冷端絕對溫度。該解決方案能夠以±0.30°C或更高精度測量冷端溫度[3]。


圖4. 熱電偶DAS簡化圖

如圖4所示，MAX11200的GPIO設置為控制精密多路復用器MAX4782，它選擇熱電偶或PRTD R1 - PT1000。該方法可利用單個ADC實現熱電偶或PRTD的動態測量。提高了系統精度，降低校準要求。