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嵌入温度电路设计

   日期:2011-05-13     来源:互联网    
很多的应用不需要精确的温度测量。精确的温度测量是成本高的。降低一点精度要求,就会有很多可供选择的成效方案,例如可选用:二极管、热敏电阻、RTD(电阻温度计)、热电偶、硅温度计等测温方法。
在选择温度感测电路时,传感器的成本比温度范围、稳定性或精度更重要。实现温度信号调理3种最经济的方法是用热电偶、二极管和热敏电阻。本文将对这3种经济的测温电路进行描述。
热电偶电路
图1示出热电偶电路和一种信号调理电路,其基本单元包括:
热电偶网络
模拟滤波器、增益单元
A/D变换器
微控制器

表1 实现流经IN4148二极管额定0.1uA电流所需合适的电阻值与二极管基准电压的关系
VDIODE(V)
简单的热敏电阻方案
最简单的方案应该使温度传感器尽可能的靠近微控制器。图3是热敏电阻测温电路,图中与标准薄膜电阻器并联的热敏电阻用做温度感测元件。这种并联组合在50C范围内具有±1.50C误差的线性性能。图3中RNTC||RPAR和CINT的R/C组合的上升时间与RREF和CINT的R/C组合的上升时间之比给出RNTC的被测电阻值。尽管此电路所选择的微控制器不含内部A/D变换器,但门脉冲输入阈值电压与微控制器时钟组合起来用于计数热敏电阻和外部电容器的上升时间。热敏电阻有两个基本类型:负温度系数(NTC)和正温度系数(PTC)型。NTC热敏电阻最适合于精密温度测量,PTC热敏电阻适用开关转换应用。
利用NTC热敏电阻的3个不同工作模式来满足不同应用。一种模式利用感测元件的电阻与温度特性关系。其他两种模式利用热敏电阻的电压与电流和电流持续时间的特性关系。
NTC热敏电阻的电阻与温度关系可用于精密温度测量、控制和补偿。这种模式依赖于工作在零功率条件下的热敏电阻。这种条件意味着电流或电压激励不会影响热敏电阻的白热。
热敏电阻的电阻与RTD元件相比(一般几百欧姆)是相当高的。热敏电阻在25C额定值为1kΩ~10MΩ。用软件或硬件技术或二者组合可以校准NTC热敏电阻的非线性度。用标准电阻器(如图3所示)可简单地实现硬件线性化。在此电路实现中,热敏电阻与等效电阻器并联。用PIC12C508执行A/D变换,置GP1和GP2为高阻抗输入。设置GPO为低态并做为输出,故放电电容器(CINT)。一旦,CINT完全被放电,则PIC12C508中的码字改变GPO到高阻抗输入而GP1到高态做为输出端口。在这种配置中,GP1传导电流来充电CINT和并联电阻RNTC||RPAR的R/C组合。在充电期间,微控制器计数GPO变为高态前的时钟周期数。在该状态下测量热敏电阻网络的上升时间(tNTC).一旦GP1和GP2再次设置为输入,GP0设置为低态和做为输出端口,则该计数(tNTC)存在存储器中。此配置放电CINT。当电容器被完全放电时,GP0再次变为输入,但此时GP2设置为高态并做为输出。用这种配置,微控制器计数时钟周期数直到GP0输入变为高态为止。此新的计数表示RREF/CINT电路的上升时间值。
 
  
  
  
  
 
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