基于热电偶的温度测量信号调理电路

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1、第32卷第3期核电子学与探测技术Vol．32No．32012年3月NuclearElectronics＆DetectionTechnologyMar．2012基于热电偶的温度测量信号调理电路甄国涌，王向玲，侯卓(中北大学电子测试技术重点实验室＆仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原030051)摘要:在导弹发射试验中，温度测量占有重要地位。为了获得导弹发射试验中尾罩底部燃气温度，设计了一种温度信号调理电路。该电路以仪表放大器AD623、二阶有源低通滤波电路为核心，利用热电偶作为敏感元进行测量。经过验证该电路可以完整记录导弹发射试验中相关温度的数据。关键词:信号调理电路;AD623;热

2、电偶中图分类号:TP303文献标识码:A文章编号:0258-0934(2012)03-0269-03温度测量在工业控制领域中占有重要地1热电偶测量原理位。根据温度测量方式不同，温度传感器可分成非接触式与接触式两大类，测量方法主要有热电偶测温是根据热电偶输出电势与温度热电阻测量、热电偶测量等。采用热电偶作为成一定关系的原理，通过测量热电偶的输出电敏感元进行接触式测量尤为广泛，本系统采用势实现对温度的测量(见图1)，输出热电势与K型热电偶。由于热电偶输出电压相当小(几十毫伏)，若直接转换为数字信号则信号有可能被系统本身的纹波所淹没，因此必须进行调理即将待测信号通过放大、滤波等操作。本文设计的温

3、度调理电路采用单电源、电源限仪表放大器AD623并配以二阶压控电压源低通滤波电路，图1热偶测温示意图经过一级放大、二阶低通滤波兼二级放大后输温度的对应关系以热电偶的分度表形式给出。出的电压值满足AD转换器的输入范围，符合kNAEAB(T2)－EAB(T1)=(T2－T1)ln温度测量高精度、高稳定性的要求。eNB(1)－6其中，k—波尔兹曼常数，1．38×10;NA、NB—金属A、B的自由电子密度;e—电子电荷收稿日期:2011－11－30数。基金项目:国家自然科学基金《微小型高速运动体的［1］用热电偶作为敏感元进行电路设计时激光主动制导与探测技术研究》(60871041)。作者简介:甄国

4、涌(1971－)，山西阳泉人，硕士生导需用到以下基本法则:师，主要研究方向:总线技术、动态测试技术。通讯(1)热电动势反映的是热电偶冷、热端的作者:王向玲(1985－)，山西平遥人，在读硕士研究温度差，而不是被测端的绝对温度，故测量端的生。主要研究方向:动态测试技术、高速电路设计。实际温度应该是被测值与参考端温度值相加，269在测量时应预先获知参考端的实际温度。该电压放大电路采用仪表放大器［2］(2)若有第三种金属接入到该回路中时，AD623，其既可单电源供电，也可双电源供保证第三种金属的两接触端温度相同，则回路电，该设计中采用单电源供电。AD623可以通中总的热电势保持不变。利用这个法则

5、，可方过改变增益可调电阻(管脚1与8之间所接电便地在回路中直接接入测量导线而不会影响测阻)实现增益编程，以满足不同用户的使用要量精度。求。增益电阻悬空条件下，AD623被强制配置(3)热电偶冷端温度保持不变时，热电偶为单位增益;连接增益电阻后，AD623内部编的热电动势是热端温度的单值函数。程设置增益，其增益值最高为1000。AD623增热电偶的电信号传输时需要特殊导线(补益编程电阻计算公式为:偿导线)，不同材料型号的热电偶所需的补偿RG=100kΩ/(G－1)(2)导线不同。补偿导线的作用是与热电偶连接时图2为温度信号调理原理图。导弹发射试可使冷端远离热源，保证冷端温度稳定。验中所测温度

6、为0～1300℃，查询K型分度表其在这个温度范围内产生的热电势约为0～2调理电路的设计52．41mV，增益电阻选择4．7kΩ，增益为22．32.1电压信号一级放大电路设计倍。图2温度信号调理电路原理图2.2二阶压控电压源低通滤波电路设计电压为0～2．382V，满足AD转换器的电压输该设计要求截止频率为0．625kHz，等效入范围。该电路设计中，应该注意以下问题:品质因数Q=0．707。(1)5管脚VREF提供0．33V电压用来应对［3］由图2知:该滤波电路的传递函数为:导弹发射恶劣环境中负温度的情况。［4］Au(s)=Aup/1+s［R3C2+R2C2(2)二阶压控电压源低通滤波电路中，2

7、+R2C1(1－Aup)］+sR2R3C1C2(3)电阻电容的选择原则如下:式(3)中，电容容值不宜过大(C＜1μF);所有电阻Aup=1+R4/R5(4)都需采用精密电阻。令2.3电压跟随电路设计2w0=1/R2R3C1C2(5)因前级电路输出阻抗较高，若后级电路的Q=槡R2R3C1C2/C2(R2+R3)输入阻抗较小，信号就有相当一部分损耗在前+R2C1(1－Aup)(6)级的输出电路中，这就需采用电压跟随电路进f0