基于非分散红外原理的热电堆传感器原理分析及电路设计

　　如需利用修正后的比尔-朗伯方程测量未知浓度的二氧化碳气体，则请按下述步骤操作：

　　1. 向腔室注入未知浓度气体并使其稳定。

　　2. 测量ACT，它表示测量通道传感器的峰峰值输出。

　　3. 测量REF，它表示基准通道传感器的峰峰值输出。

　　4. 测量温度T，单位K。

　　5. 使用校准后的ZERO和SPAN值。

　　6. 使用之前确定的b和c值。

　　7. 计算相对吸收率：

　　计算浓度，应用理想气体定律下的温度补偿：

　　此步假定TLOW = TCAL.

　　NTC热敏电阻算法与计算

　　NTC热敏电阻等效电路如图9所示。

　　图9. NTC热敏电阻电路

　　热敏电阻上的电压为：

　　其中：

　　1.VCC 为 3.3 V.

　　2.RNTC 为热敏电阻值。

　　NTC热敏电阻值可以表示为：

　　其中：

　　1.RTH 表示温度为T0时的热敏电阻值。

　　2.β 是NTC热敏电阻数据手册中的参数。

　　3.RNTC 表示温度T时的热敏电阻值。

　　合并以上两个方程可得：

　　在每个灯的斩波时间间隔内，ADC切换至NTC采样，如图10所示。

　　图10. NTC和热电堆采样时序以及灯的斩波

　　用户交互界面

　　EVAL-ADICUP360平台板通过USB端口连接PC。该板显示为一个虚拟COM设备。任意类型的串口终端均可与EVAL-ADICUP360板交互，用于开发和调试。关于软件操作的详细信息，请参阅电路笔记CN-0338。

　　图11显示了典型EVAL-CN0338-ARDZ板的相对吸收率(FA)与二氧化碳浓度的函数关系。

　　图11. 典型EVAL-CN0338-ARDZ板的相对吸收率与二氧化碳浓度的关系

　　测试设置的功能框图如图12所示，EVAL-CN0338-ARDZ Arduino扩展板和EVAL-ADICUP360 Arduino兼容平台板的照片如图13所示。

　　图12. 测试设置功能框图

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

　　总结

　　实现NDIR测量所需的模拟电子器件包括精密低噪声放大器和高分辨率模数转换器。本文所述的电路是高集成度解决方案，其利用精密模拟微控制器ADuCM360来执行精密PGA功能、精密Σ-Δ ADC转换以及数字控制和处理。

　　Arduino扩展兼容能力支持快速开发NDIR设计原型，以及根据具体应用要求定制软件。