為什么使用熱電偶以及熱電偶的優(yōu)缺點(diǎn)

介紹

          熱電偶是用于測(cè)量溫度的簡(jiǎn)單，廣泛使用的元件。本文提供了熱電偶的基本概況，介紹了遇到當(dāng)發(fā)言權(quán)設(shè)計(jì)共同的挑戰(zhàn)，并提出兩種信號(hào)調(diào)理解決方案。第一個(gè)解決方案結(jié)合在一個(gè)單一的模擬IC為了方便和易于使用的兩個(gè)參考接合點(diǎn)補(bǔ)償和信號(hào)調(diào)理;第二溶液分離信號(hào)調(diào)節(jié)所述參考接合點(diǎn)補(bǔ)償，以提供數(shù)字輸出溫度感測(cè)與更大的靈活性和準(zhǔn)確性。

熱電偶理論

          熱電偶，如圖1所示，由不同的金屬的兩根導(dǎo)線的一端連接在一起，稱為測(cè)量（“熱”）交界處。在另一端，如電線不接合，被連接到信號(hào)調(diào)節(jié)電路跡線，典型地由銅制成。熱電偶和銅走線之間的金屬結(jié)被稱為參考（“冷”）接合點(diǎn)。*

圖1
圖1.熱電偶。
          *我們使用術(shù)語“測(cè)量結(jié)”和“參比端”，而不是傳統(tǒng)的“熱結(jié)”和“冷端”。傳統(tǒng)的命名系統(tǒng)可能會(huì)造成混淆，因?yàn)樵谠S多應(yīng)用中測(cè)量結(jié)可以比基準(zhǔn)結(jié)冷。

          在基準(zhǔn)結(jié)產(chǎn)生的電壓在這兩種測(cè)量結(jié)和基準(zhǔn)結(jié)取決于溫度。由于熱電偶是一種差分器件而不是絕對(duì)溫度測(cè)量裝置，參比端溫度必須宣誓已知絕對(duì)要獲得精確的溫度讀數(shù)。這個(gè)過程被稱為補(bǔ)償參比端（冷端補(bǔ)償）。

          熱電偶已成為一個(gè)廣泛的溫度范圍內(nèi)合理準(zhǔn)確的成本效益的測(cè)量的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法。它們?cè)诟鞣N應(yīng)用到鍋爐，熱水器，微波爐，和飛機(jī)大約+ 2500℃引擎-僅舉幾個(gè)使用。的最流行的熱電偶是K型，由Chromel®和Alumel®的（商標(biāo)含鎳鉻合金，和鋁，錳和硅，分別），具有-200℃至+ 1250℃。測(cè)量范圍

為什么使用熱電偶？

優(yōu)點(diǎn)
溫度范圍：最實(shí)用的溫度范圍，從低溫到噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)排氣，可以使用熱電偶服務(wù)。根據(jù)所使用的金屬線，熱電偶能夠在范圍-200℃的測(cè)量溫度到+ 2500℃。
樂百氏：那熱電偶堅(jiān)固的設(shè)備是免疫的沖擊和振動(dòng)，并適合是對(duì)在危險(xiǎn)環(huán)境中使用。
快速反應(yīng)：因?yàn)樗鼈凅w積小，具有熱容量低，熱電偶迅速響應(yīng)溫度變化，尤其是F中的傳感結(jié)暴露。他們可以響應(yīng)快速變化的溫度在幾百毫秒。
無自發(fā)熱：由于熱電偶requir無勵(lì)磁電源，他們不是財(cái)產(chǎn)自發(fā)熱和有本質(zhì)安全。
 

缺點(diǎn)
復(fù)雜的信號(hào)調(diào)理：大量的信號(hào)調(diào)理是必要的熱電偶電壓讀數(shù)轉(zhuǎn)換成可使用的溫度。傳統(tǒng)上，信號(hào)調(diào)理也需要大量投資在我的設(shè)計(jì)，Degrad準(zhǔn)確性引入誤差避免。
精度：除了熱電偶，由于開發(fā)商的冶金性能所固有的不準(zhǔn)確性，熱電偶測(cè)量只測(cè)量可以是參考接合點(diǎn)溫度準(zhǔn)確，傳統(tǒng)上在1℃至2℃。
敏感性腐蝕：因?yàn)闊犭娕純煞N不同金屬的consis，在某些環(huán)境中的腐蝕隨著時(shí)間的推移可能惡化的結(jié)果精確度。 HENC，它們可能需要保護(hù);和護(hù)理和保養(yǎng)是必不可少的。
對(duì)噪聲敏感：從電場(chǎng)和磁場(chǎng)測(cè)量毫伏級(jí)信號(hào)變化，雜散噪聲可能是一個(gè)問題。大大扭轉(zhuǎn)熱電偶導(dǎo)線可減少對(duì)磁場(chǎng)皮卡。使用屏蔽電纜或在金屬導(dǎo)管運(yùn)行線和防護(hù)可降低皮卡電場(chǎng)。在測(cè)量裝置提供不應(yīng)該信號(hào)濾波，無論是在硬件或軟件，具有很強(qiáng)的排斥線頻率（50赫茲/ 60赫茲）和它的諧波。
 

        因?yàn)殡妷盒盘?hào)很小，信號(hào)調(diào)理電路一般需要大約100個(gè)左右，相當(dāng)簡(jiǎn)單的信號(hào)調(diào)節(jié)的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。有什么可以更困難的是區(qū)分噪聲拿起熱電偶導(dǎo)線的實(shí)際信號(hào)。熱電偶引線較長(zhǎng)，并通過電噪聲通常環(huán)境中運(yùn)行。上引線拿起噪聲容易壓垮微小的熱電偶信號(hào)。

        常用的兩種方法被組合以提取噪聲信號(hào)。第一種方法是使用一個(gè)差動(dòng)輸入放大器，如儀表放大器，放大信號(hào)。由于大部分的噪音出現(xiàn)在兩個(gè)導(dǎo)線（普通模式），測(cè)量差分消除它。第二個(gè)是低通濾波，這消除了帶外噪聲。低通濾波器不應(yīng)該刪除這兩個(gè)射頻干擾（1 MHz以上），這可能在放大器和50赫茲/ 60赫茲（電源）哼原因整改。重要的是要放置提前放大器的射頻干擾濾波器（或使用經(jīng)過濾的輸入的放大器）。 50赫茲/ 60-Hz濾波器的位置往往不是關(guān)鍵，它可以與RFI濾波器組合，放置在放大器和ADC之間，合并為一個(gè)Σ-ΔADC的一部分，也可以在軟件編程或平均濾波器。

        冷端補(bǔ)償：熱電偶的參比端的溫度必須發(fā)誓知要獲得精確的絕對(duì)溫度讀數(shù)。是熱電偶當(dāng)?shù)谝淮问褂脮r(shí)，是這樣的通過保持基準(zhǔn)結(jié)在冰浴中進(jìn)行。圖2描述了與在一個(gè)未知的溫度一端，并在冰浴中的另一端（0℃）的熱電偶電路。這種方法用來詳盡表征各種熱電偶類型，從而將幾乎所有的熱電偶表都使用0°C作為參考溫度。