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集成信号调理--高精度温度测量的关键因素

浏览次数: 日期:2017年4月17日 14:32
冷端补偿(Cold Junction Compensation)
在高精度温度测量中,滤波抗噪和信号放大只是其中的一部分。事实证明,冷端补偿(CJC)电路才是高精度热电偶的核心。即使是热质量很大的隔热模块,其温度也会缓慢随周围环境同向变化,因此如果过低估计或者不能正确处理这些效应,那么测量误差就在所难免。
PC卡多路器和基于DMM的系统测量精度通常约为1.0°-1.5°。,这个精度范围所表达的不确定性源于多种原因,其中包括隔热模块热质量过低, CJC传感器位置错误或个数不足,终端模块与相邻热源(例如电源)的相对位置不佳,以及显示的问题。另外,大多数仪器中测量误差过大都归因于CJC传感器电路设计不佳和CJC输入的热耦合机制不良。
象EX1048这样的精确测温仪器通常都结合了多种高精度的CJC机制,具有较大的热质量,产生内部温度梯度的部件放置位置考究,而且还具备自校准功能。CJC传感器通常采用高精度热敏电阻,这些传感器往往放在隔热模块上的关键位置处。当系统中通道个数较多时,带热敏电阻的隔热模块数目也会增多,以消除不同连接点之间的温度测量造成的误差(见图2)。注意了这些细节之后,仪器的系统级测量精度就可能达到0.2°C 到 0.4°C。
高精度温度测量
信号多路化
当信号经过了良好的滤波和放大,而且得到的CJC信号也很精确时,从信号调理的角度来看,ADC仍可能对测量的精确性造成严重影响。由于采样要求相对较慢,大多数测温仪器都不会在每个通道上采用一个单独的ADC,而是通过一个多路器配置使多通道共用同一个ADC,典型的通道配置数目有16,32,48和64通道。因此就需要在仪器中添加高速固态多路器电路。
热电偶信号的大小只有毫伏级,当硬件设计不佳时,这一性质就会带来系统级的问题。如果与热电偶通道相邻的通道上产生了高电平或过载条件,那么在热电偶通道进行测量时就会产生错误。出现这种情况的原因可能是线路上的寄生电容和电荷,而用户可能根本无法了解这一情况。如果硬件设计无法处理这类典型的问题,就只能要求用户在一个通道上多停留一段时间,先过采样然后再平均,这样得到测量结果。
高精度温度测量
高质量的热电偶测量仪器则无需依靠过采样和软件平均来得到一个裕量可以接受的测量结果。EX1048(见图3)的设计采用了每通道独立滤波和放大的方法,将通道与通道的运行隔离开来。这样,送至ADC的信号和由多路器来的信号都不会产生干扰。这类设计就能保证不论相邻通道是否可能出现过压或过载情况,ADC转换得到的数据对每个通道都是有效的。

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