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2 硬件電路設(shè)計
在測量過程中，熱電偶產(chǎn)生的一般是相對于冷端的溫差電動勢。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一般規(guī)定冷端的溫度為0℃。而在實際使用中，將冷端放入冰水混合物中并不方便。如果本地溫度不為0℃，則溫差電動勢就可能偏大或偏小。因此，實際電路通常需要對溫差電動勢進行溫度補償。本系統(tǒng)采用AD7416來測量本地溫度，并根據(jù)分度表計算出對應(yīng)的補償電壓。其真實溫度的溫差電動勢等于測得的電動勢與補償電壓之差。
該便攜式低功耗、高精度數(shù)字溫度計的整個系統(tǒng)由四部分組成：第一是熱電偶；第二是AD7705、AD589組成的數(shù)據(jù)采集電路，其中A／D轉(zhuǎn)換電路的作用是將熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；第三部分是AD7416，由它可測量冷端溫度，并由此計算出補償電壓；第四部分是MSP430F413和六位筆段式液晶顯示器組成的控制和顯示電路。具體的電路原理圖如圖1所示。為了達到低功耗高精度之目的，本設(shè)計方案中所選的芯片都具有低功耗模式，可以在測量間隙工作于省電模式。下面對各部分電路加以具體說明。
2．1熱電偶
本設(shè)計中選用K型或J型鎳鉻－銅鎳（康銅）熱電偶。它們比較適用于氧化及弱還原性環(huán)境中的測溫系統(tǒng)，其測溫范圍為－200℃～1000℃，熱電動勢范圍為－9．835mV～76．358mV，由于這些熱電偶具有穩(wěn)定性好，靈敏度高，價格低廉等優(yōu)點，因而非常適合于便攜式測溫儀表的使用。圖2為鎳鉻－銅鎳（康銅）熱電偶的熱電動勢－溫度曲線，經(jīng)過分析，其準(zhǔn)確度可達±0．1℃，在－150℃時，其靈敏度可達38μV／℃。
4 結(jié)束語
該系統(tǒng)的精度和分辨率主要取決于傳感器及A／D芯片的精度和分辨率。由于應(yīng)用中使用數(shù)字化不可能完全消除誤差，因此，測量溫度時還要注意消除由冷端溫度或冷端補償產(chǎn)生的誤差以及連接補償導(dǎo)線的誤差，同時應(yīng)注意電路誤差和由于噪聲、絕緣電阻、熱電阻等引起的誤差等。根據(jù)實際需要，可采用高穩(wěn)定性的熱電偶和精度為1℃的本地溫度傳感器，這樣可以在一定的溫度范圍內(nèi)提高精度。
本系統(tǒng)以MSP430F413、AD7705為核心實現(xiàn)了低功耗高精度便攜式溫度計的設(shè)計。對于便攜式儀器，本設(shè)計實現(xiàn)了低成本寬測溫范圍條件下的低功耗高精度要求，具有一定的實用價值。目前此電路已投入應(yīng)用，實踐表明，整個便攜式低功耗高精度數(shù)字溫度計使用方便，工作穩(wěn)定，待機時間長，具有廣闊的應(yīng)用前景。
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