在本系列的前面部分，我們研究了單片熱電偶信號調(diào)節(jié)器的運行原理。為了進一步討論，本文探討了熱電偶應(yīng)用的其他幾種選擇，即AD594/AD595、MAX6675和ADS1220。上一篇文章的一些基本概念也適用于此處討論的熱電偶調(diào)節(jié)器。例如，所有這些信號調(diào)節(jié)器都應(yīng)放置在熱電偶的冷端附近。但是，某些功能可能是特定于設(shè)備的。

為簡潔起見，我們將嘗試主要關(guān)注這些設(shè)備中的每一個的關(guān)鍵特性。

   熱電偶信號調(diào)理器示例 1—AD594/AD595

    AD594/AD595 是一款完整的熱電偶信號調(diào)節(jié)器，在單個封裝中集成了放大器和冷端補償器。圖 1 顯示了該器件的功能框圖和基本的單電源連接。

圖 1.  AD594/AD595 框圖。圖片由Analog Devices提供

    該電路的一個基本部分是由右側(cè)差分放大器（具有增益 G）、主放大器 (+A) 以及引腳 8 和 5 之間的內(nèi)部電阻器創(chuàng)建的反饋環(huán)路。左側(cè)差分對放大熱電偶電壓并將其應(yīng)用于反饋回路中的求和節(jié)點。“冰點補償”塊產(chǎn)生冷端補償 (CJC) 電壓，并通過右側(cè)的差分對將其添加到熱電偶回路中。

您可以在AD594/AD595 數(shù)據(jù)表中找到有關(guān)此電路工作原理的詳細信息。無需深入了解這些細節(jié)，終結(jié)果是該器件設(shè)計為直接連接到熱電偶，執(zhí)行冷端補償和放大，并產(chǎn)生 10 mV/°C 的輸出。例如，將 J 型熱電偶連接到 AD594，當熱結(jié)點溫度為 50 °C 時，輸出約為 500 mV。

   請注意，AD594 和 AD595 通過激光晶圓修整進行了預(yù)校準，以分別匹配 J 型和 K 型熱電偶的特性曲線。

   在 AD594/AD595 中測量負溫度

   在之前的文章中，我們討論了 AD849x也是一種熱電偶信號調(diào)節(jié)器，即使在由單軌電源供電時也可以測量負溫度。與 AD849x 不同，AD594/AD595 需要雙軌電源來測量低于 0 °C 的溫度。 

   AD594/AD595 增益校準

   AD594/AD595 的一個有趣特性是內(nèi)部電路的某些重要節(jié)點在封裝引腳處可用。例如，引腳 8 連接到器件的內(nèi)部反饋路徑。此外，施加到右側(cè)差分放大器的 CJC 電壓可在引腳 3 和 5 上使用。在封裝引腳上提供這些節(jié)點使我們能夠擁有更靈活的信號調(diào)節(jié)器，可以根據(jù)應(yīng)用進行調(diào)整要求。

   考慮到這一點，讓我們看看如何在實踐中使用對反饋電阻的訪問。如圖 1 所示，在正常工作條件下，引腳 9 和 8 連接在一起。這將放大器輸出連接到設(shè)置設(shè)備增益的內(nèi)部反饋電阻器。內(nèi)部反饋網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過工廠校準，可產(chǎn)生 10 mV/°C 的輸出。然而，為了調(diào)整增益，我們可以在引腳 9 和 5 之間放置一個額外的電阻。這個外部電阻將與內(nèi)部反饋電阻并聯(lián)，從而可以調(diào)整放大器增益。我們甚至可以通過移除引腳 9 和 8 之間的連接，用外部電阻替換內(nèi)部電阻。

    圖 2 說明了通過調(diào)節(jié)反饋電阻進行增益校準。

圖 2.顯示通過調(diào)整反饋電阻進行增益校準的圖表。圖片由Analog Devices提供

    上圖顯示了如何使用 AD594/AD595 產(chǎn)生與華氏溫度 (10 mV/°F) 溫度成正比的輸出。接下來，讓我們考慮以下用于溫標轉(zhuǎn)換的等式：

學(xué)位_ _ _ _ _ _華氏度= 9 5 _ _ _ _ _ _ _ _ _(學(xué)位_ _ _ _ _ _攝氏度) + 32 _ _ _ _ _ _<font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;">丁</font><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;"><a href="http://udpf.com.cn" target="_blank">電子</a></font><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;">G</font><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;">r</font><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;">電子</font><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;">電子</font><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;">秒</font><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;">F</font><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;">A</font><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;">H</font><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;">r</font><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;">電子</font><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;">n</font><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;">H</font><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;">電子</font><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;">我</font><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;">噸</font><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;">=</font><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;"><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;">9</font></font><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;"><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;">5個</font></font><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;">(</font><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;">丁</font><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;">電子</font><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;">G</font><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;">r</font><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;">電子</font><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;">電子</font><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;">秒</font><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;">C</font><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;">電子</font><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;">升</font><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;">秒</font><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;">我</font><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;">你</font><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;">秒</font><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;">)</font><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;">+</font><font style="box-sizing: inherit; border: 0px solid rgb(226, 232, 240); vertical-align: inherit;">32</font>

$\frac{9}{5}$

$10\times \frac{9}{5}=18米V/°C$

   上圖通過在引腳 9 和 8 之間放置一個微調(diào)電位器來實現(xiàn)這一點。對于 J 型熱電偶，室溫靈敏度為 51.7 μV/°C。因此，AD594 的終增益可計算為：

$$Gai{n}_{New}=\frac{18mV/°C}{51.7\mu V/°C}=348.16$$

     如本應(yīng)用筆記中所述，我們可以將交流信號 V Test應(yīng)用于引腳 1 和 14，然后調(diào)整 R Gain直到我們在輸出端獲得 V Test ? Gain New 。

  AD594/AD595 失調(diào)校準

    也可以向 AD594/AD595 的輸出添加偏移。圖 3 顯示了執(zhí)行偏移校準的一種方法。

圖 3. 顯示執(zhí)行偏移校準的一種方法的圖表。圖片由Analog Devices提供

   這在修整設(shè)備的剩余校準誤差時特別有用。AD594/AD595 是經(jīng)過修整的激光晶圓，可實現(xiàn) 1°C 或 3°C 的校準誤差，具體取決于器件性能等級。對于要求苛刻的應(yīng)用程序，可以使用上圖來消除此殘留誤差。15 MΩ 電阻略微增加了右側(cè)差分放大器反相輸入的電位。這迫使電路具有大約 -3 °C 的負偏移。然后通過連接到差分放大器同相輸入的電阻網(wǎng)絡(luò)校準“強制”負偏移。該校準方案確?？梢允褂脝蝹€單向微調(diào)來消除誤差。您可以在圖 2 中看到偏移校準的另一個示例。

   其他熱電偶類型的溫度調(diào)節(jié)

   除了調(diào)整增益和偏移之外，還可以調(diào)整內(nèi)部冷端補償器的溫度系數(shù)。這使我們能夠?qū)?AD594/AD595 與其他類型的熱電偶一起使用。例如，數(shù)據(jù)表解釋了如何重新校準針對 J 型熱電偶進行工廠校準的 AD594 以調(diào)節(jié) E 型熱電偶。 

   熱電偶信號調(diào)節(jié)器示例 2—MAX6675

     熱電偶信號調(diào)理的另一種選擇是 MAX6675，其功能框圖如下所示。

圖 4.  MAX6675 框圖。圖片由Maxim Integrated  (Analog Devices)提供

    MAX6675 將 12 位ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）和冷端補償器集成到單個封裝中。它可以直接連接到 K 型熱電偶，如圖 5 所示。

圖 5. 示例應(yīng)用電路圖。圖片由Maxim Integrated  (Analog Devices)提供

該器件可以測量從 0 °C 到 1024 °C 的各種熱結(jié)溫度（請注意，它不能測量負溫度）。MAX6675的冷端溫度或工作溫度應(yīng)在-20°C至+85°C范圍內(nèi)。

如圖 4 所示，CJC 信號和熱電偶輸出均由 ADC 數(shù)字化。器件使用此信息執(zhí)行 CJC 并讀出結(jié)果（即溫度測量為 SO 引腳上的 12 位值）。全零序列對應(yīng) 0 °C，而全一序列表示熱電偶處于 +1023.75 °C。

   熱電偶信號調(diào)節(jié)器示例 3—ADS1220

    作為第三個熱電偶調(diào)節(jié)器選項，我想提一下，除了使用帶有集成冷端補償器的設(shè)備，您還可以使用包含內(nèi)部精密溫度傳感器的 ADC。 圖 6 顯示了使用ADS1220的示例圖。

圖 6.  ADS1220 的框圖。圖片由德州儀器提供

ADS1220 是一款帶有高精度溫度傳感器的 24 位 ADC，可用于測量器件溫度以實現(xiàn) CJC 目的。ADS1220不能自動進行冷端補償；但是，它可以在 ADC 之后的處理器中完成。如果無法使用內(nèi)部溫度傳感器，例如，由于其精度有限或因為我們不能將 ADC 放置在冷端附近，我們可以使用 RTD或熱敏電阻來測量冷端溫度。然而，這將消耗來自 ADC 的額外輸入通道。