基于AD7799的热敏电阻高精度测温系统

在海洋调查中，对于温度参数的获取存在环境因素上的特殊性。由于海洋中水团边界相互叠置，同时不同水层有温度梯度等，要求系统具有高灵敏度；在海水的剖面测量中，当在运动的载体上测温(如投弃式CTD等)时，就要求系统传感器有足够的时间常数；而在海洋的一定深度下，温度的差别微乎其微，系统必须具有很高的精度。本系统中，主要选用24位的AD7799和NTC(负温度系数)玻封热敏电阻，实现了对温度的快速、高灵敏度和高精度测量。

1 高精度测温系统组成
该测温系统是“投弃式温盐深海流剖面测量系统”的测温部分，采用MSP430为MCU，精密的基准电压模块为A／D转换器提供参考电压，同时也为热敏电阻电桥提供激励源，AD7799的第3通道为测温通道，其余2通道用于测量其他参数。MCU将采集的数据通过RS485发送给工作站。其系统框图如图1所示。

2 高精度测温系统硬件设计
2．1 AD7799及其应用
系统的测温分辨力及精度主要取决于A／D转换单元，这里选用高精度、宽动态范围、3通道24位△-∑型AD7799，该器件有完整的模拟前端，可直接测量传感器输出的微弱信号，转换精度达到24位无误码，采用三线串行口与MCU连接。AD7799具有以下特点：内置1～128增益的低噪声可编程仪表放大器；4．17～470 Hz的可编程输出数据速率；3个差分输入通道；50 Hz和60 Hz同步陷波，消除工频电源干扰；极低的均方根(RMS)噪声；低功耗；采用16引脚TSSOP封装，如图2为AD7799的引脚配置。

设计中AD7799通过SPI串行接口与MSP430单片机连接，通过软件设置其第3通道为测温通道，转换频率为50Hz，内部增益为2可达到满意的测量效果。
AD7799是一个高精度A／D转换器，为达到理想的使用效果，在具体设计中需要注意：A／D模拟输入端一般在缓冲器模式，以增加A／D转换器的输入电阻，减少信号源内阻对结果的影响；输入端最好采用全差分模式，避免AIN-接地，减少地线噪声干扰；差分信号线要短且对称；数字电路和模拟电路尽可能分开，避免相互交叠；信号线尽可能走焊盘面；AD7799的GND引脚和REFN-均与模拟地相连，数字地和模拟地应在同一点相连，AD7799位于这个连接点的上方；数字电源、模拟电源和参考电源相互隔离，并且都要用10μF钽电容和0．1μ斗F瓷片电容去耦，电容尽量靠近电源引脚。
2．2 温度传感器及其组成模块
系统温度传感器选用热敏电阻，热敏电阻具有以下特点：1)很大的负电阻温度系数，因此其温度测量灵敏度高；2)体积小，故热容量很小，可用于快速变化温度的测量；3)响应速度快，尤其是珠状玻封热敏电阻，其响应时间低于50 ms；4)具有很大的电阻值(kΩ级)，因此导线电阻及接触电阻对测量的影响可忽略。该系统选用MF51型高精度热敏电阻，温漂为0．002℃／a。
系统硬件连接如图3所示，基准电压选用ISL21009BFB812Z，该芯片输出1．250 V基准电压，精度可达±0．5 mV，温漂为3 ppm／℃，作为AD7799的参考电压，同时其输出电流达7 mA，可为测温电桥的激励源。测温电桥中的3个电阻与热敏电阻RT构成一个单臂电桥，热敏电阻RT随温度的变化引起电桥的电位差发生变化。系统中R1、R2、R3均为7．5 kΩ(1／1000)25 ppm的标准精密金属膜电阻，热敏电阻阻值在3～15 kΩ变化(相当于温度在40～-4℃范围内的变化，此为海洋温度范围)形成-0．20～0．25 V的差分信号输出。