熱電偶信號調(diào)節(jié)器示例 1—AD594/AD595
　　AD594/AD595 是一款完整的熱電偶信號調(diào)節(jié)器，將放大器和冷端補償器集成到單個封裝中。圖 1 顯示了該器件的功能框圖和基本單電源連接。

　

　　圖 1.  AD594/AD595 框圖。圖片由Analog Devices提供
　　該電路的基本部分是由右側(cè)差分放大器（增益 G）、主放大器 (+A) 以及引腳 8 和 5 之間的內(nèi)部電阻創(chuàng)建的反饋環(huán)路。左側(cè)差分對放大熱電偶電壓并將其施加到反饋環(huán)路中的求和節(jié)點。 “冰點補償”塊產(chǎn)生冷端補償 (CJC) 電壓，并通過右側(cè)差分對將其添加到熱電偶環(huán)路中。
　　您可以在AD594/AD595 數(shù)據(jù)表中找到有關(guān)該電路如何工作的詳細信息。無需進一步討論這些細節(jié)，終結(jié)果是該器件設(shè)計為直接連接到熱電偶，執(zhí)行冷端補償和放大，并產(chǎn)生 10 mV/°C 輸出。例如，將 J 型熱電偶連接到 AD594，當熱端溫度為 50 °C 時，輸出約為 500 mV。
　　請注意，AD594 和 AD595 通過激光晶圓修整進行預校準，以分別匹配 J 型和 K 型熱電偶的特性曲線。
　　測量 AD594/AD595 中的負溫度
　　在上一篇文章中，我們討論了 AD849x （也是熱電偶信號調(diào)節(jié)器）即使在由單軌電源供電時也可以測量負溫度。與 AD849x 不同，AD594/AD595 需要雙軌電源來測量 0 °C 以下的溫度。
　　AD594/AD595增益校準
　　AD594/AD595 的一項有趣功能是內(nèi)部電路的某些重要節(jié)點可在封裝引腳上使用。例如，引腳 8 連接到器件的內(nèi)部反饋路徑。此外，應(yīng)用于右側(cè)差分放大器的 CJC 電壓可在引腳 3 和 5 處獲得。通過在封裝引腳上提供這些節(jié)點，我們可以擁有更靈活的信號調(diào)節(jié)器，可以根據(jù)應(yīng)用進行調(diào)整要求。
　　考慮到這一點，讓我們看看如何在實踐中使用反饋電阻器。如圖 1 所示，在正常工作條件下，引腳 9 和 8 連接在一起。這將放大器輸出連接到設(shè)置器件增益的內(nèi)部反饋電阻。內(nèi)部反饋網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過工廠校準，可產(chǎn)生 10 mV/°C 輸出。然而，為了調(diào)整增益，我們可以在引腳 9 和 5 之間放置一個額外的電阻。該外部電阻將與內(nèi)部反饋電阻并聯(lián)，從而能夠調(diào)整放大器增益。我們甚至可以通過移除引腳 9 和 8 之間的連接，將內(nèi)部電阻替換為外部電阻。

　　圖 2 說明了通過調(diào)整反饋電阻進行增益校準。

　　顯示通過調(diào)整反饋電阻進行增益校準的圖表。
　　圖 2.顯示通過調(diào)整反饋電阻進行增益校準的圖表。圖片由Analog Devices提供
　　上圖顯示了如何使用 AD594/AD595 產(chǎn)生與華氏溫度 (10 mV/°F) 成比例的輸出。接下來，我們考慮以下溫標轉(zhuǎn)換方程：
　　\[度\,華氏度=\frac{9}{5}(度\,攝氏度)+32\]
　　從該方程中，我們可以驗證我們需要將增益增加 \(\frac{9}{5}\) （以及添加適當?shù)钠浦担┮垣@得以 10 mV/°F 變化的輸出，而不是比工廠校準值 10 mV/°C 低。
　　換句話說，我們需要調(diào)整反饋電阻以獲得\(10\times\frac{9}{5}=18 mV/°C\)輸出。
　　上圖通過在引腳 9 和 8 之間放置一個微調(diào)電位器來實現(xiàn)這一點。對于 J 型熱電偶，室溫靈敏度為 51.7 μV/°C。因此，AD594 的終增益可計算為：
　　\[Gain_{新}=\frac{18 mV/°C}{51.7 μV/°C}=348.16\]
　　正如本應(yīng)用筆記中所解釋的，我們可以將交流信號 V Test施加到引腳 1 和 14，然后調(diào)整 R Gain ，直到在輸出處獲得 V Test ? Gain New 。
　　AD594/AD595 偏移校準

　　還可以向 AD594/AD595 的輸出添加偏移。圖 3 顯示了執(zhí)行偏移校準的一種方法。

　　顯示執(zhí)行偏移校準的一種方法的圖表。
　　圖 3. 顯示執(zhí)行偏移校準的一種方法的圖表。圖片由Analog Devices提供
　　這在消除設(shè)備的殘余校準誤差時特別有用。 AD594/AD595 是經(jīng)過修整的激光晶圓，可實現(xiàn) 1°C 或 3°C 的校準誤差，具體取決于器件性能等級。對于要求較高的應(yīng)用，可以使用上圖來消除這一殘余誤差。 15 MΩ 電阻器略微增加了右側(cè)差分放大器反相輸入的電位。這迫使電路具有約 -3 °C 的負偏移。然后，通過連接到差分放大器非反相輸入的電阻網(wǎng)絡(luò)來校準“強制”負偏移。該校準方案確?？梢允褂脝蝹€單向調(diào)整來消除誤差。您可以在圖 2 中看到偏移校準的另一個示例。
　　其他熱電偶類型的溫度調(diào)整
　　除了調(diào)整增益和偏移之外，還可以調(diào)整內(nèi)部冷端補償器的溫度系數(shù)。這使我們能夠?qū)?AD594/AD595 與其他類型的熱電偶一起使用。例如，數(shù)據(jù)表解釋了如何重新校準針對 J 型熱電偶進行工廠校準的 AD594 以調(diào)節(jié) E 型熱電偶。
　　熱電偶信號調(diào)節(jié)器示例2—MAX6675
　　熱電偶信號調(diào)理的另一個選擇是MAX6675，其功能框圖如下所示。

　　MAX6675 框圖。

　　圖 4.  MAX6675 框圖。圖片由Maxim Integrated  (Analog Devices)提供
　　MAX6675將12位ADC (模數(shù)轉(zhuǎn)換器)和冷端補償器集成到單個封裝中。它可以直接連接K型熱電偶，如圖5所示。

　　示例應(yīng)用電路圖。

　　圖 5. 示例應(yīng)用電路圖。圖片由Maxim Integrated  (Analog Devices)提供
　　該器件可以測量從 0 °C 到 1024 °C 的廣泛熱結(jié)溫度（請注意，它不能測量負溫度）。 MAX6675的冷端溫度或工作溫度應(yīng)在-20 °C至+85 °C范圍內(nèi)。
　　如圖 4 所示，CJC 信號和熱電偶輸出均由 ADC 數(shù)字化。器件使用該信息執(zhí)行 CJC 并讀出結(jié)果（即，溫度以 12 位值的形式測量到 SO 引腳）。全零序列對應(yīng)于 0 °C，而全 1 序列表示熱電偶處于 +1023.75 °C。
　　熱電偶信號調(diào)節(jié)器示例 3 — ADS1220
　　作為第三個熱電偶調(diào)節(jié)器選項，我想提一下，您還可以使用包含內(nèi)部精密溫度傳感器的 ADC，而不是使用帶有集成冷端補償器的設(shè)備。 圖 6 顯示了使用ADS1220的示例圖。

　　ADS1220 框圖。

　　圖 6.  ADS1220 框圖。圖片由德州儀器 (TI)提供
　　ADS1220 是一款帶有高精度溫度傳感器的 24 位 ADC，可用于測量器件溫度以用于 CJC 目的。 ADS1220無法自動進行冷端補償；然而，它可以在 ADC 之后的處理器中完成。如果無法使用內(nèi)部溫度傳感器，例如由于其精度有限或無法將 ADC 放置在冷端附近，則可以使用 RTD 或熱敏電阻來測量冷端溫度。然而，這將消耗 ADC 的額外輸入通道。