概述利用K型热电偶研发的高精度测温装置

发布日期：2014-12-19 来源：作者：浏览次数：

【导读】：热电偶是在科研和生产过程中进行温度测量时应用最普遍、最广泛的测温元件，具有结构简单、使用方便、测温精度高等特点。但热电偶输出电势极其微弱，而且冷端温度误差和输出......

热电偶是在科研和生产过程中进行温度测量时应用非常普遍、非常广泛的测温元件，具有结构简单、使用方便、测温精度高等特点。但热电偶输出电势极其微弱，而且冷端温度误差和输出电势与被测温度的非线性容易引起较大测量误差。基于此，以ARM 微处理器作为装置的控制核心，ADS1148 作为测温专用数据采集器，可以设计一种基于K 型热电偶的高精度测温装置。该装置

具有可靠性好、抗干扰能力强、测温精度高等优点。

1 装置工作原理

如图1 所示，主控MCU 收到指令后完成对4路温度传感器信号的采集控制，读取冷端补偿温度和ADC 芯片的转换结果后，把温度数据经过编码、转换、存储到寄存器中，并通过串口将数据上传到计算机中，在计算机中通过上位机读取各通道的温度值并显示。

该装置的主控MCU 采用的是意法半导体公司设计的STM32F103RET6，它是基于ARM Cortex-M3内核的32 位微处理器。TI 公司的ADS1148 是高度集成的16 位精密ADC 芯片，ADS1148 模数转换芯片属于测温专用数据采集器[4]。主控MCU 负责对整个装置进行控制，与信号采集芯片ADS1148 之间采用SPI 总线进行通信，一片ADC 可以外接4 路差分形式输入的模拟信号。

1.1 热电偶测温原理

2种不同材质的导体A、B 组成的闭合回路就构成了热电偶，同一导体当其两端存在温度差时，回路中就会产生电流，此时两端之间就存在电动势，该电动势被称为热电势。热电偶两端为2 个热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为冷端（自由端），冷端通常处于某个恒定的温度。根据中间温度定律得出：

式中：EAB（t，0）为补偿后的热电偶电动势；EAB（t，t0）为通过测量得出的热电势；EAB（t0，0）为冷端温度t0相对0 ℃时的热电势。

1.2 冷端补偿电路

冷端温度补偿选用MAX6627 芯片来实现，它和外部双极型晶体管组成温度采集器。由晶体管感应外部温度变化，并将温度信号转换为电流信号，将电流差分信号作为输入信号，经过ADC 将温度转换为16 位的数字信号，精度为0.0625 ℃，由SPI 口串行输出，可测温度范围为-50 ℃～+150 ℃。应用原理图如图2 所示。