基于DS2760的一线热电偶的设计与应用

时间:2019-02-09 18:03:02 来源:重庆时时彩网投平台 作者:匿名



1简介

热电偶作为主要的温度测量元件,具有结构简单,易于制造,使用方便,温度范围宽,测温精度高的特点。传统的热电偶温度测量系统由几个基本单元组成,包括一个:热电偶,另一个用于测量热电偶和引线连接器温度的传感器,一个信号调理单元和一个A/D转换器。热电偶输出信号首先连接到精密低噪声放大器或仪表放大器,放大并发送到ADC,转换为数字信号,然后发送到微处理器或PC。微处理器或PC使用来自ADC的数据和冷端的温度传感器来计算热电偶“热端”的实际温度。另外,在热电偶的温度测量过程中,经常需要将热电偶输出的温度信号从生产过程的装置传送到距设备几十米的控制室,并从温度传递热电偶的测量原理,要求热电偶的冷端放置在恒温下,因此补偿线广泛用于热电偶温度测量。可以看出,传统的热电偶存在布线复杂,设备成本高,数据传输容易,测量精度低,系统误差大的缺点。一线总线具有计算机数字通信,接线简单,接收简单,使用方便,精度高,性能稳定,价格低等优点。它是工业现场系统设计的先进领域。如果可以将单线总线技术应用于热电偶以形成符合单线总线规范的热电偶,则热电偶的应用设计将大大简化。一线热电偶没有静态功耗。通常,连接到线路的热电偶的数量不限于总线。易于形成分布式多点测量系统,具有广阔的应用前景。

2单线热电偶结构

2·1线总线设备必须满足以下要求:

2·1·1低功耗

一线总线的电源通常由连接到3V~5.5V电源端的4.7kΩ上拉电阻提供。电源非常有限,因此单线总线设备必须满足低功耗特性。

2·1·2具有唯一的身份代码

单线总线使用识别码来识别挂在同一总线上的不同设备。因此,每个单线总线设备都需要具有全局唯一的64位ROM识别码。2·1·3必须满足一线总线设备的时序要求

根据上述对单线总线装置的要求设计的单线总线热电偶如图1所示。由于热电偶是一种静态无源设备,可满足总线设备的低功耗要求,因此一线总线设备DS2760可用于满足识别码和时序要求,并可与任何类型的热电偶组合使用。形成一线热电偶。

3DS2760锂电池监视器

DS2760是达拉斯的高精度锂电池监视器。该设备旨在解决便携式电子产品电池工作状态的实时监控问题。它具有功能强大,体积小,硬件布线简单的优点。将标准热电偶与DS2760锂离子电池监控芯片相结合,可将简单的热电偶转换为符合单线总线规格的热电偶。

3.1性能特征

(1)单线总线接口,只有一条信号线连接到CPU;

(2)无需备用电源,可由数据线供电;

(3)两个配置:内部25mΩ检测电阻,外部用户可选择检测电阻;

(4)电压检测,分辨率为4.88 mV;

(5)电流测量值:

12位双向测量;

内部检测电阻: 0.625mALSB,动态范围±1.9A;

外部检测电阻:15.625μVLSB,动态范围±64mV;

(6)片上温度传感器;温度测量范围-127°C~127°C,测量精度为0.125°C;

(7)32字节可锁存EEPROM,16字节通用SRAM;

(8)64位ID ROM;

(9)低功耗:

工作电流:90μA(最大值);

休眠电流:2μA(最大值)。

3.2内部结构

DS2760的功能框图如图2所示。它由温度传感器,25mΩ检测电阻,多路复用器,参考电压,ADC,各种存储器和时基,状态/控制寄存器,与主系统的单线接口组成。和地址。该低功耗器件集成了温度,电压和电流的精确测量,以及非易失性数据存储,可轻松将标准热电偶转换为一线热电偶。4一线热电偶的工作原理

测量4·1热电偶的输出电位

热电偶输出直接连接到当前ADC输入。引脚IS1和IS2之间的0.1μF电容形成一个低通滤波器电路,内部4.7kΩ电阻。它滤除了工业领域的各种高频干扰信号。采用外部检测电阻配置,芯片直接数字化冷端和热端之间的mV电平输出信号,并将结果存储在当前寄存器中。寄存器的满量程范围为±64mV,分辨率为15.625μV。 LSB,可以看出即使使用具有低热电势的K型热电偶,转换器也可以提供优于1°C的分辨率。

4·2热电偶的冷端温度补偿

热电偶输出的电位信号不仅与测量点的温度有关,而且与冷端的温度有关。因此,必须采取措施对其进行补偿。一线热电偶的冷端温度补偿原理为:。芯片DS2760放置在热电偶的冷端。 DS2760片上温度传感器持续监控冷端温度,并将测量值存储在温度寄存器中。通过读取热电偶的热电势和热电偶的冷端温度,微处理器根据冷端温度补偿公式计算测量端的温度,从而实现热电偶冷端温度的完全补偿。在电路板上安装热电偶时,必须注意尽可能靠近DS2760,以减小这些连接与DS2760封装中芯片之间的温差。为了确保结处于相同温度,使用铜熔合和铅熔融铸造方法形成等温区,其中热电偶线连接到印刷电路板上的导线。因为温差产生电位差。

4·3存储热电偶信息

DS2760具有32字节可锁存EEP2ROM存储器,可用于存储热电偶类型,输入状态的时间和位置以及热电偶的校准参数等信息,以减少由于传感器错误识别而导致错误的可能性。

4·4热电偶和微处理器通信

单线热电偶可通过单根双绞线电缆与微处理器通信。该电缆取代了传统热电偶中使用的昂贵的延长电缆。更重要的是,由于数字信号在单个双绞线(即,单线总线)上传输,因此抗干扰能力大大提高。5个一线热电偶电源

C1和肖特基二极管VD1组成一个半波整流器,当总线(5V)空闲时为DS2760供电。这实际上是在单线设备内部使用的寄生电源方法,但是它以离散的方式实现。肖特基二极管VD2连接在DATA和GND引脚之间,将负信号偏移限制在-4.0V,以实现电路保护。如果没有这个二极管,总线上大于0.6V的负信号漂移会导致DS2760芯片衬底上的寄生二极管正向偏置,从而干扰其正常功能。 DS2760的电源电压Vdd可以通过电阻R1测量。对于故障排除,这可用于验证第一线网络(12线网)的电压是否在可接受的限制范围内。

6线一线热电偶在温度测量网络中的应用实例

由于所有一线设备的识别地址功能,多个智能一线热电偶可以放置在网络的任何位置,便于形成温度测量网络,大大降低了安装设备的成本和占地面积。图3显示了以89C51为核心的多点温度测量网络。在第一线总线热电偶进入系统后,需要设计一个读序列号,以便从DS2760的每个ROM中读取序列号,然后将其分配给系统。 1号~n号RS2232转换单元将微控制器的TTL电平转换为标准RS2232信号,将测量的温度数据传输到PC,以便后续处理数据。可以通过键盘和LCD显示器设置程序的基本参数,如采样时间。

7结论

在本文中,单线总线热电偶是根据单线总线规范设计的。第一线总线主机可以根据读取的热电势和冷端温度值计算测量的温度值,也可以通过存储在DS2760 EEPROM中的热电偶进行校准。针对第一线热电偶的输出校正参数以减少识别错误。由于采用单线总线技术,每个热电偶通过DS2760悬挂在总线上,大大降低了布线和安装成本,使得可以使用由单线总线微电网技术组成的多点温度测量系统,因此具有广泛的应用。展望。摘录自:中国计量与测量网络

[关键词]热电偶,一线热电偶,奥克官方网站,北京世纪奥克

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