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使用铁氧体磁珠和差分滤波器解决热电偶嘈杂的环境问题

来源:作者:上海自动化仪表三厂发表时间:2018-09-12

    由于热电偶产生的信号很小,热电偶测量很容易受到噪声的影响。沿着引线长度的磁通量差异或暴露于电磁干扰(EMI)会在热电偶信号中产生噪声。热电偶通常用于工业环境中,这些环境充满了将噪声引入信号的机会。噪声的常见来源是磁场的磁通差异来自60Hz或50Hz的线路噪声,具体取决于国家。这些场沿热电偶的引线引入电流,并可能将误差引入信号。为了解决这个问题,热电偶等IC实现了包括内部滤波器的设计,其中可配置的陷波频率为50Hz或60Hz。


    对于更高的频率,可以使用铁氧体磁珠和差分滤波器来降低耦合到热电偶引线中的噪声。在正极和负极引线之间安装一个100nF差分电容,尽可能靠近人工冷端,有助于减轻热电偶线路中产生的一些噪声。在具有较高噪声水平的应用中,尤其是高强度RF场,应在每个引线和地之间放置额外的10nf电容。

图:热电偶输入上带有滤波电容的热电偶IC。


    电源耦合噪声可能出现在热电偶测量中。为了尽量减少此类噪声的影响,可以将0.1μF陶瓷旁路电容放置在尽可能靠近DVDD和AVDD引脚和GND的位置。这样做有助于防止电源电压尖峰影响温度转换。图2显示了热电偶检测IC的典型应用电路,滤波电容应用于热电偶输入。另外,在可能的情况下扭转热电偶线会使电容耦合噪声不会出现作为差分噪声电压项。


    支持多种转换方法

    如前所述,任何热电偶类型的塞贝克系数取决于热电偶的温度,这会产生电压与温度的非线性传递函数。美国国家标准与技术研究院(NIST)维护着一个公布的电压 - 温度转换数据库,用于校准和测试每种热电偶类型。该数据库包括几种不同的转换方法。一种方法是电压 - 温度查找表,其将差分热电电压映射到每个热电偶类型的整个温度范围内的温度值(假设冷端温度为0°C)。另一种方法是第 9 或第 10 系列- 用于将电压转换为温度或温度转换为电压的有序多项式方程。


    在大多数应用中,ADC将原始热电偶电压数字化后,ADC输出代码必须通过查找表或多次浮点计算转换为温度读数。在大温度范围内使用查找表会占用大量内存。另一方面,执行许多浮点计算在低成本微控制器应用中消耗大量处理能力。


    上海自动化仪表三厂热电偶允许任何类型的转换方法,提供灵活性。它具有内部查找表,可提供线性化和冷端补偿温度读数,或能够读回原始ADC结果,以便在微控制器固件中进行进一步处理和滤波。


    从热电偶获得高精度的温度读数需要仔细考虑许多因素。在进行热电偶构造和放置时,必须妥善解决热接点的噪声,鞘层导电性和绝热性的影响。必须应用适当的屏蔽,RF滤波,去耦和热电偶引线的串联电阻最小化以适当地处理相应的热电电压。一旦热电信号到达PCB或测量设备,精确的冷端补偿,线路频率滤波,数字化以及从电压到温度的转换对于减少测量误差至关重要。使用热电偶数字转换器IC可以通过寻址简化高精度热电偶读数的采集。


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