В составе микросхемы усилителя сигнала термопары AD8494 есть датчик температуры, используемый обычно для компенсации напряжения холодного спая. Заземлив входы термопары, микросхему можно превратить в автономный термометр, измеряющий температуру в °C. В такой конфигурации, напряжение усилителя между выходом и опорным выводом (обычно заземленным) изменяется с крутизной 5 мВ/°C. Одним из недостатков такого подхода является низкое разрешение при измерениях в узком диапазоне температур. Возьмем такой пример: 10-разрядный АЦП, работающий от одного источника питания 5 В, имеет разрешение (вес младшего разряда) 4.88 мВ. Это означает, что разрешение системы, изображенной на Рисунке 1, будет порядка 1 °C/разряд. Если измеряемый диапазон температур узок и равен, к примеру, 20 °C, выходное напряжение будет изменяться на 100 мВ, что составит всего лишь 1/50 доступного динамического диапазона АЦП.
 |
|
| Рисунок 1. | Простой термометр. |
Проблему можно решить с помощью схемы, показанной на Рисунке 2. Как и в предыдущей схеме, крутизна напряжения между выходом и опорным выводом усилителя равна 5 мВ/°C. Но теперь опорный вывод управляется операционным усилителем, включенным повторителем напряжения, и напряжение 5 мВ/°C прикладывается к резистору R1. Ток R1 протекает и через R2, генерируя зависящее от температуры напряжение, в (R1 + R2)/R1 раз большее, чем на R1. При использовании резисторов с номиналами, показанными на схеме, выходное напряжение будет изменяться с крутизной 20 × 5 мВ/°C = 100 мВ/°C, так что изменению температуры на 20°C будет соответствовать изменение напряжения на 2 В. По сравнению с первой схемой, разрешение улучшилось в 20 раз. Используемый в качестве буфера с низкоимпедансным выходом между цепочкой резисторов и опорным выводом, усилитель AD8538 необходим для подавления синфазных помех и снижения погрешности коэффициента усиления.
 |
|
| Рисунок 2. | Измерение температуры с высоким разрешением. |
Следует внимательно следить за тем, чтобы чувствительность схемы была согласована с диапазоном измеряемых температур. Например, если при температуре 25 °C выходное напряжение равно 2.5 В, система сможет точно выполнять измерения в диапазоне от 5 до 45 °C, так как выходное напряжение при этом будет изменяться от 0.5 до 4.5 В.
Схема на Рисунке 3 обладает большей чувствительностью и позволяет регулировать температурные диапазоны. Делитель R3, R4 имитирует напряжение термопары, необходимое для смещения усилителя, сдвигая выход в ноль при требуемой температуре. При наличии шумов на шине VDD для плавной и более точной корректировки смещения можно использовать прецизионный источник опорного напряжения с резистивным делителем. При температуре 25 °C выходное напряжение схемы равно приблизительно 0.05 В, чувствительность 100 мВ/°C (разрешение 0.05 °C/разряд), а диапазон измеряемых температур от 25 до 75 °C.
Начальная ошибка смещения микросхем AD8494 имеет значения от ±1 °C до ±3 °C, поэтому, для улучшения абсолютной точности, разработчик должен включить в схему узел калибровки смещения.
 |
|
| Рисунок 3. | Измерение температуры с еще более высоким разрешением и регулировкой смещения. |
