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。
中图分类号：TP274
文献标识码：A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211896
中文引用格式：王乐群，文丰，张凯华. 基于FPGA的高精度S型热电偶温度测量系统设计[J].电子技术应用，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.
文献标识码：A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211896
中文引用格式：王乐群，文丰，张凯华. 基于FPGA的高精度S型热电偶温度测量系统设计[J].电子技术应用，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
在某些特殊测试中，经常需要监视关键设备的环境因素，而温度作为环境因素中的重要参数，直接决定测试的成败[1]，因此测量温度的精度就显的尤为重要。在要求高温测量时，S型热电偶可以达到0~1 600 ℃的测量温度范围，满足大部分测量温度的需求。因此，提高S型热电偶在试验中温度采集的精度是有必要的。
本文提出了一种以FPGA为控制核心的高精度S型热电偶测量系统。核心控制器完成模拟开关选通以及高精度ADC完成模数转换。同时使用多通道采集，单通道调理的设计方法改善由于元器件差异而导致的各路精度不一致的情况。上位机通过使用查表法来更精确地确定温度值，以此提高热电偶测温系统的精度[2]。经过多次试验测试，验证了该系统的可靠性。
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作者信息：
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)
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