基于FPGA的高精度S型热电偶温度测量系统设计
2022年电子技术应用第2期
王乐群1，文 丰1，2，张凯华1
1.中北大学 电子测试技术国家重点实验室，山西 太原030051； 2.中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西 太原030051
摘要： 针对传统的多通道S型热电偶测温系统测量精度低、各通道精度相差较大的问题，提出了一种以FPGA为核心的高精度S型热电偶测温系统。系统以FPGA为核心控制器，采用模块化设计，利用AD590温度传感器对S型热电偶进行冷端补偿。采用多通道采集、单通道调理的设计方法以改善由于元器件差异引起的各通道精度相差较大的情况。同时选用高精度ADC将采集的温度模拟信号转换为数字信号传输到上位机显示，上位机通过查表法准确定位温度值，提高测温精度。经过多次试验验证，该测温系统温度采集精度优于0.2%F.S.。目前该系统已经应用到工程实践中，为多通道S型热电偶测温系统设计提供了有效、可靠的手段。
中圖分類號： TP274
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211896
中文引用格式： 王樂群，文豐，張凱華. 基于FPGA的高精度S型熱電偶溫度測量系統設計[J].電子技術應用，2022，48(2)：41-45.
英文引用格式： Wang Lequn，Wen Feng，Zhang Kaihua. Design of temperature measuring circuit of S-type thermocouple based on temperature sensor[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(2)：41-45.
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211896
中文引用格式： 王樂群，文豐，張凱華. 基于FPGA的高精度S型熱電偶溫度測量系統設計[J].電子技術應用，2022，48(2)：41-45.
英文引用格式： Wang Lequn，Wen Feng，Zhang Kaihua. Design of temperature measuring circuit of S-type thermocouple based on temperature sensor[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(2)：41-45.
Design of temperature measuring circuit of S-type thermocouple based on temperature sensor
Wang Lequn1，Wen Feng1，2，Zhang Kaihua1
1.State Key Laboratory of Electronic Testing Technology，North University of China，Taiyuan 030051，China； 2.Key Laboratory of Instrument Science and Dynamic Testing，Ministry of Education，North University of China，Taiyuan 030051，China
Abstract： Aiming at the problem that the traditional multi-channel S-type thermocouple temperature measurement system has low measurement accuracy and each channel is quite different, a high-precision S-type thermocouple temperature measurement system based on FPGA is proposed.The system uses FPGA as controller, with modular design, and uses AD590 to perform cold junction compensation for S-type thermocouples.A high-precision ADC is used to convert the collected temperature analog signal into a digital signal and transmit it to the upper computer for display and locates the temperature value through the look-up table method to improve the temperature measurement accuracy.After many tests, it is verified that the temperature acquisition accuracy of this temperature measurement circuit is better than 0.2%F.S. At present, the circuit design has been applied to engineering practice, which provides an effective and reliable means for the design of temperature measuring circuit of S-type thermocouple.
Key words : S-type thermocouple；FPGA；cold end compensation；RFI filter circuit；high precision
0 引言
在某些特殊測試中，經常需要監視關鍵設備的環境因素，而溫度作為環境因素中的重要參數，直接決定測試的成敗[1]，因此測量溫度的精度就顯的尤為重要。在要求高溫測量時，S型熱電偶可以達到0~1 600 ℃的測量溫度范圍，滿足大部分測量溫度的需求。因此，提高S型熱電偶在試驗中溫度采集的精度是有必要的。
本文提出了一種以FPGA為控制核心的高精度S型熱電偶測量系統。核心控制器完成模擬開關選通以及高精度ADC完成模數轉換。同時使用多通道采集，單通道調理的設計方法改善由于元器件差異而導致的各路精度不一致的情況。上位機通過使用查表法來更精確地確定溫度值，以此提高熱電偶測溫系統的精度[2]。經過多次試驗測試，驗證了該系統的可靠性。
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作者信息：
王樂群1，文 豐1，2，張凱華1
(1.中北大學 電子測試技術國家重點實驗室，山西 太原030051；
2.中北大學 儀器科學與動態測試教育部重點實驗室，山西 太原030051)
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