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基于Cortex-M3的微控制器熱電偶測量系統(tǒng)

作者: 時間:2013-01-15 來源:網(wǎng)絡 收藏

本文引用地址:http://cqxgywz.com/article/192859.htm

  RTD溫度是運用查找表計算出來的,并且對RTD的運用方式與對一樣。注意,描述RTD溫度與電阻關(guān)系的多項式與描述的多項式不同。

  有關(guān)線性化和實現(xiàn)RTD最佳性能的詳細信息,請參考應用筆記AN-0970“利用ADuC706x實現(xiàn)RTD接口和線性化”.

  代碼的溫度至電流輸出部分

  測得最終溫度后,將DAC輸出電壓設置為適當?shù)闹担员阍赗LOOP上產(chǎn)生所需的電流。輸入溫度范圍應該是?200°C至+350°C.代碼針對?200°C和+350°C設置的輸出電流分別是4 mA和20 mA.代碼實施的是閉環(huán)方案,如圖7所示,其中AIN9上的反饋電壓通過ADC0測量,然后此值用于補償DAC輸出設置。FineTuneDAC(void)函數(shù)執(zhí)行此項校正。

  為獲得最佳結(jié)果,應在開始該電路的性能測試前校準DAC.

閉環(huán)控制4 mA至20 mA的DAC輸出

  圖7. 閉環(huán)控制4 mA至20 mA的DAC輸出

  出于調(diào)試目的,以下字符串會在正常工作期間發(fā)送至UART(見圖8)。

 用于調(diào)試的UART字符串

  圖8. 用于調(diào)試的UART字符串

  常見變化

  對于標準UART至RS-232接口,可以用ADM3202等器件代替FT232R收發(fā)器,前者需采用3 V電源供電。對于更寬的溫度范圍,可以使用不同的,例如J型熱電偶。為使冷結(jié)補償誤差最小,可以讓一個熱敏電阻與實際的冷結(jié)接觸,而不是將其放在PCB上。

  針對冷結(jié)溫度測量,可以用一個外部數(shù)字溫度傳感器來代替RTD和外部基準電阻。例如,ADT7410可以通過I2C接口連接到ADuCM360.

  有關(guān)冷結(jié)補償?shù)母嘣斍椋垍⒖糀DI公司的《傳感器信號調(diào)理》第7章“溫度傳感器”.

  如果USB連接器與本電路之間需要隔離,則必須增加ADuM3160/ADuM4160隔離器件。

  電路評估與測試

  電流輸出測量

  DAC和外部電壓電流轉(zhuǎn)換器電路性能測試全都一起完成。

  一個電流表與VLOOP+連接串聯(lián),如圖1所示。所用的電流表為HP 34401A.執(zhí)行初始校準和使用VDAC輸出的閉環(huán)控制時的電路性能導致DAC輸出電路報告的溫度值為0.5°C.借助24位ADC,DAC和外部晶體管電路的非線性誤差可以調(diào)零。因為溫度是一個變化較慢的輸入?yún)?shù),所以此閉環(huán)方案非常適合這種應用。圖9顯示了未采用閉環(huán)控制(ADC0沒有用于補償DAC輸出)時的理想DAC輸出(藍色)和實際DAC輸出。未采用閉環(huán)控制時的誤差可能會大于10°C.

 溫度(°C)與輸出電流(mA)的關(guān)系

  圖9. 溫度(°C)與輸出電流(mA)的關(guān)系(藍色 = 理想值,開環(huán)操作:未補償DAC輸出)

  圖10顯示了按推薦方式采用閉環(huán)控制時的相同信息。誤差非常微小,與理想值相差不到0.5°C.

溫度(°C)與輸出電流(mA)的關(guān)系

  圖10. 溫度(°C)與輸出電流(mA)的關(guān)系(藍色 = 理想值,閉環(huán)操作:通過ADC0測量補償DAC輸出)

  熱電偶測量測試

  基本測試設置如圖11所示。熱電偶連接至J2.

  使用兩種方法來評估本電路的性能。首先使用連接到電路板的熱電偶來測量冰桶的溫度,然后測量沸水的溫度。使用Wavetek 4808多功能校準儀來充分評估誤差,如圖11所示。這種模式下,校準儀代替熱電偶作為電壓源。為了評估T型熱電偶的整個范圍,利用校準儀設置T型熱電偶?200°C至+350°C的正負溫度范圍之間52個點的等效熱電偶電壓(T型熱電偶請參見ISE, Inc.的ITS-90表)。圖6顯示了測試結(jié)果。

用于在整個熱電偶輸出電壓范圍內(nèi)校準和測試電路的設置

  圖11. 用于在整個熱電偶輸出電壓范圍內(nèi)校準和測試電路的設置

  RTD測量測試

  為了評估RTD電路和線性化源代碼,以精確的可調(diào)電阻源代替了電路板上的RTD.所用的儀器是1433-Z十進制電阻。RTD值的范圍是90 Ω至140 Ω,代表?25°C至+114°C的RTD溫度范圍。

  圖12顯示了RTD測量的測試設置電路,圖13則顯示了RTD測試的誤差結(jié)果。

RTD誤差測量的測試設置

  圖 12. RTD誤差測量的測試設置

使用分段線性代碼和ADC0測量結(jié)果進行RTD測量時的°C誤差

  圖13. 使用分段線性代碼和ADC0測量結(jié)果進行RTD測量時的°C誤差

  電流測量測試

  正常工作時,整個電路的功耗通常為2.25 mA.保持在復位狀態(tài)時,整個電路的功耗不到600 μA.


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