基于热电偶放大器芯片AD595的小型测温系统

　　1　AD595的基本介绍

　　AD595是AD公司生产的一款热电偶放大器,他将仪器放大器和热电偶冷接头补偿器全部集成在一块单片芯片上,产生一个10 mV/℃的输出。管脚的可选择性使其可以作为一个线性放大补偿器或者是设置工作点控制器的开关输出。

　　AD595包含一个热电偶故障报警,如果有热电偶的一脚或双脚开路,他可以显示报警信号。报警输出有很多种灵活的方式,包括TTL形式。

　　AD595能够用一个单端+5 V电压供电。如果用负电压,则可以测量0℃以下的温度。为了使其自身发热最小化,一个无负载的AD594/AD595的总电流是160μA,当然也可以把5 mA以上的电流传送给负载。

　　AD595通过激光微调来与K型(镍铬合金—铝)热电偶特性相匹配。热电偶放大器的电压和增益控制电阻已连到封装脚上,另外电路能通过额外的两三个电阻来根据热电偶类型进行重新校准。

　　1.1　温度稳定性

　　每个AD595都测试过在不同温度时对零点进行测量时的温度误差。冷接头补偿器的误差、放大器的偏移量以及增益误差等综合起来决定了AD595在额定环境温度范围内的输出稳定性。图1显示了AD595的测量误差分布范围。图中的坐标单位是℃。

　　1.2　热环境效应

　　AD595本身固有的低能量耗散以及低热阻抗的封装使得他由于自身发热引起的误差可以忽略。例如,在静止的空气中,芯片的环境热阻抗大约为80℃/W(D型封装)。在额定的800μW的耗散下,在自由的空气中自身发热误差小于0·065℃。浸没于液态的氟中,热阻抗大约为40℃/W,使得自身发热误差大约为0·032℃。

　　1.3　报警电路

　　在所有的应用中,AD595的报警器的-ALM (13脚)应该限定在(V+)以内,且不超过-4 V。这可以通过将13脚与4脚相连或者7脚的V-来实现。在所有用到报警信号的应用中,13脚都应该接地,信号从12脚的+ALM引出。图2是一个典型的报警电路。

　　在这种连接方式中,正常工作下报警电阻应该是不工作的,20 kΩ的上拉电阻会使得12脚的+ALM输出为高。如果一或两个热电偶管脚发生故障,则+ALM脚会马上变成低电平,如图所示,这个信号与TTL门电路的输入兼容,作为一个缓冲器或者一个反向器来使用。

　　2　测温系统的设计

　　2.1　系统的原理方框图

　　图3中采用K型热电偶与热电偶放大器AD595相匹配,运算放大器采用最常见的OPA37,A/D转换器采用AD574,单片机采用P89C61X2BN,显示芯片采用的是周立功公司的ZLG7290。

　　2.2　A/D转换器AD574

　　AD574是快速型12位逐次逼近式A/D转换器,无需再外接元器件就可以独立完成A/D转换功能。转换时间为15~35μs,可以并行输出12位,也可以分为8位和4位两次输出。AD574由模拟部分和数字部分混合而成,模拟部分由12位D/A芯片AD565和参考电压组成;数字部分由控制逻辑电路逐次逼近寄存器和三态输出缓冲器构成。AD574的输出状态由引脚STS指示,STS为1时转换正在进行,并在转换过程中保持高电平;转换结束后STS返回为低电平。STS可以作为状态信息被信息位查询,也可以在他的下降沿向CPU发出中断请求,以通知AD转换完成,同时CPU读出转换结果。