基于非分散紅外原理的熱電堆傳感器原理分析及電路設計

　　如需利用修正后的比爾-朗伯方程測量未知濃度的二氧化碳氣體，則請按下述步驟操作：

　　1. 向腔室注入未知濃度氣體并使其穩定。

　　2. 測量ACT，它表示測量通道傳感器的峰峰值輸出。

　　3. 測量REF，它表示基準通道傳感器的峰峰值輸出。

　　4. 測量溫度T，單位K。

　　5. 使用校準后的ZERO和SPAN值。

　　6. 使用之前確定的b和c值。

　　7. 計算相對吸收率：

　　計算濃度，應用理想氣體定律下的溫度補償：

　　此步假定TLOW = TCAL.

　　NTC熱敏電阻算法與計算

　　NTC熱敏電阻等效電路如圖9所示。

　　圖9. NTC熱敏電阻電路

　　熱敏電阻上的電壓為：

　　其中：

　　1.VCC 為 3.3 V.

　　2.RNTC 為熱敏電阻值。

　　NTC熱敏電阻值可以表示為：

　　其中：

　　1.RTH 表示溫度為T0時的熱敏電阻值。

　　2.β 是NTC熱敏電阻數據手冊中的參數。

　　3.RNTC 表示溫度T時的熱敏電阻值。

　　合并以上兩個方程可得：

　　在每個燈的斬波時間間隔內，ADC切換至NTC采樣，如圖10所示。

　　圖10. NTC和熱電堆采樣時序以及燈的斬波

　　用戶交互界面

　　EVAL-ADICUP360平臺板通過USB端口連接PC。該板顯示為一個虛擬COM設備。任意類型的串口終端均可與EVAL-ADICUP360板交互，用于開發和調試。關于軟件操作的詳細信息，請參閱電路筆記CN-0338。

　　圖11顯示了典型EVAL-CN0338-ARDZ板的相對吸收率(FA)與二氧化碳濃度的函數關系。

　　圖11. 典型EVAL-CN0338-ARDZ板的相對吸收率與二氧化碳濃度的關系

　　測試設置的功能框圖如圖12所示，EVAL-CN0338-ARDZ Arduino擴展板和EVAL-ADICUP360 Arduino兼容平臺板的照片如圖13所示。

　　圖12. 測試設置功能框圖

　　圖13. EVAL-CN0338-ARDZ板和EVAL-ADICUP360板照片

　　總結

　　實現NDIR測量所需的模擬電子器件包括精密低噪聲放大器和高分辨率模數轉換器。本文所述的電路是高集成度解決方案，其利用精密模擬微控制器ADuCM360來執行精密PGA功能、精密Σ-Δ ADC轉換以及數字控制和處理。

　　Arduino擴展兼容能力支持快速開發NDIR設計原型，以及根據具體應用要求定制軟件。