一、方案說(shuō)明

熱電偶是廣泛用于各種商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用的常見(jiàn)溫度傳感器。雖然熱電偶的精度略低于電阻溫度檢測(cè)器 (RTD)，但熱電偶支持的溫度范圍廣、采用自供電方式且響應(yīng)迅速。熱電偶的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此價(jià)格低廉、經(jīng)久耐用。由于傳感器電壓較小且噪聲要求較低，Δ-Σ 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 是熱電偶測(cè)量的理想數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。

本方案采用了 K 型熱電偶，測(cè)試溫度的范圍-270 至 1370。ADC 芯片采用了 MCT3648 芯片，如果熱電偶發(fā)生故障或燒毀可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)燒毀檢測(cè)。冷端補(bǔ)償電路采用 3 線 RTD 冷端補(bǔ)償方式。

電路方案如下：

二、硬件結(jié)構(gòu)

熱電偶溫度測(cè)量系統(tǒng)方案由以下部分組成

1. K型熱電偶1個(gè)

2. ADC 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 MCT3648

3. 3.3V 供電電路

4. 3 線 RTD 冷端R電阻1個(gè)

5. MCU 主控電路

6. 與溫度檢測(cè)上位機(jī)的通信接口

三、電路說(shuō)明

1. 通過(guò) U4 連接器接入熱電偶,U5 接入冷端補(bǔ)償熱敏電阻，傳感器信號(hào)電壓通過(guò)低通濾波后分別接入 MCT3648 的 2路差分模擬輸入通道。

2. 差分信號(hào)經(jīng)過(guò) MCT3648 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片放大轉(zhuǎn)換后通過(guò) SP 接口輸出到 MCU 芯片由 MCU 完成數(shù)據(jù)的采集和處理，并將結(jié)果上傳到上位機(jī)。

3. 供電部分采用 type-c 口供電，并通過(guò) LDO 轉(zhuǎn)換成 3.3v 供電。

四、軟件設(shè)計(jì)

1. 測(cè)量轉(zhuǎn)換

使用外部電壓基準(zhǔn)時(shí)，輸出代碼將轉(zhuǎn)換為測(cè)得的熱電偶電壓。

VTC=(VREF·Code)/(2^23·Gain)

測(cè)量冷端溫度并將溫度轉(zhuǎn)換為等效的冷端熱電電壓。將熱電偶電壓與等效冷端電壓相加。

V=VTC + VC](7)

將產(chǎn)生的電壓 (V) 轉(zhuǎn)換為溫度以確定精確的熱電偶溫度。

2. 寄存器設(shè)置

l 啟用內(nèi)部基準(zhǔn)或使用外部基準(zhǔn)，設(shè)置 ADC 基準(zhǔn)

l 為 AINP 和 AINN 選擇多路復(fù)用器設(shè)置，以便測(cè)量熱電偶的引線

l 啟用 PGA，將增益設(shè)置為所需值

l 啟用 兩個(gè)恒流源 IEXC1/IEXC2,用于三線 RTD 測(cè)量冷端溫度，具有更好的精度。

l 選擇數(shù)據(jù)速率和數(shù)字濾波器設(shè)置

l 為燒毀測(cè)量啟用燒毀電流源(可選)

l 冷端補(bǔ)償測(cè)量設(shè)置