Практически во всех областях человеческой деятельности возникает необходимость в измерении температуры. Для приложений, требующих измерять температуру с высоким разрешением (доли градусов), применяется следующая схема.
Измерение температуры с высоким разрешением и установкой смещения
Усилитель сигнала термопары AD8494 содержит датчик температуры, который обычно используется для компенсации температуры холодного спая. Заземление входов усилителя позволяет использовать его как автономный термометр Цельсия. В данной конфигурации изменение напряжения между выходным и опорным выводами инструментального усилителя составляет 5 мВ/oC. Недостатком такого включения является низкое разрешение системы при измерении узкого диапазона температур. При использовании 10-разрядного АЦП, питающегося от одного источника +5 В, величина 1 младшего значащего разряда (1 LSB) равна 4,88 мВ, таким образом разрешение системы ограничено примерно 1 oC/LSB.
Для улучшения характеристик системы к опорному выводу AD8494 подключается операционный усилитель AD8538. Усилитель конфигурируется как повторитель, следовательно, напряжение на резисторе R1 изменяется по закону 5 мВ/oC. Ток, протекающий через R1, также течет и через R2. На их последовательном соединении падает напряжение (чувствительное к температуре), величина которого в (R1 + R2)/R1 раз больше напряжения, падающего на R1. При использовании резисторов, показанных на рисунке, выходное напряжение усилителя изменяется на 20 × 5 мВ/oC = 100 мВ/oC. Новое разрешение системы 0,05 oC/LSB в 20 раз превосходит разрешение исходной схемы. AD8538 служит буфером для резистивного делителя, являясь источником с низким импедансом для опорного вывода, таким образом обеспечивается хорошее подавление синфазного сигнала и точность усиления.
Для большей чувствительности и настройки температурных диапазонов добавлен резистивный делитель на R3 и R4. Этот делитель имитирует напряжение термопары необходимое для смещения усилителя, тем самым обеспечивая требуемый уровень обнуления выходного напряжения. Если Vdd достаточно шумное, то для обеспечения изолированной, более точной установки смещения можно использовать прецизионный источник опорного напряжения и схему делителя. Схема, представленная на рисунке, имеет выходное напряжение около 0,05 В при 25 oC, чувствительность 100 мВ/oC и рабочий диапазон примерно от 25 oC до 75 oC.