溫度傳感器近端量化熱電偶輸出

        熱電偶因為其高測量精度、價格經(jīng)濟、容易獲得以及較寬的溫度測量范圍等特點而在工業(yè)領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用。它由焊接在一起的兩種不同的金屬或金屬合金線（通常稱為熱端）組成。熱電偶輸出電壓是兩個線端（另一端通常稱為冷端）的電壓差，冷端必須保持在已知溫度。熱電偶電壓是Seebeck （1921年左右）、Peltier （1834年左右）和Thompson （1851年左右）效應(yīng)的結(jié)合產(chǎn)物。

        熱端和冷端這兩個名詞源于應(yīng)用歷史。事實上，根據(jù)具體應(yīng)用，冷端溫度也有可能高于熱端。這種情況下，熱電偶輸出相反極性的電壓。由此可見，熱電偶測量的是熱端與冷端溫度之差，而非冷端的溫度。

        不同金屬或合金熱電偶對應(yīng)的輸出電壓已經(jīng)制作成標準表格1。用大寫字母表示標準金屬對，例如，K代表鎳鎘合金熱電偶，表中列出的數(shù)據(jù)假設(shè)冷端溫度為0°C。

        為了獲得熱端的溫度，必須測量冷端溫度并相應(yīng)調(diào)整熱電偶輸出。這種技術(shù)稱為冷端補償。19世紀中期，當熱電偶剛剛開始使用時，溫度測量需要將冷端保持在冰和蒸餾水混合達到平衡后的溫度，以建立一個真正的0°C參考點。

        熱電偶溫度傳感器需要使用與熱電偶導(dǎo)線相同材料的特殊電纜和連接器。因此，市場上提供的各種封裝、體積和種類的商用化熱電偶同時也給出完整的電纜、連接器和配件選型2,3。

        冷端等溫線位于熱電偶信號處理模塊的輸入端，通常安裝在高熱導(dǎo)率材料制成的底板上。銅的熱導(dǎo)率為381W/m°K （無論攝氏度，還是開爾文溫度，每度都具有相同幅度的變化）。輸入連接必須是電氣隔離，但需要與底板保持導(dǎo)熱。理想情況下，整個信號處理模塊應(yīng)該保持在同等溫度環(huán)境。

        信號處理電路由低壓直流放大器（熱電偶信號范圍為µV/°C）、溫度傳感器、冷端補償電路、內(nèi)置基準ADC、熱電偶開路檢測器、報警指示和數(shù)字輸出接口組成。所有這些功能都集成在小尺寸IC內(nèi)，例如：MAX6674和MAX6675，只需要外部連接熱電偶和電源。串口輸出代表熱電偶檢測點溫度的數(shù)據(jù)。

        MAX6674/MAX6675內(nèi)部熱電偶數(shù)字轉(zhuǎn)換電路與鎳鎘合金（K型）熱電偶成比例。MAX6674測量范圍為0至+128°C，分辨率為0.125°C；MAX6675測量范圍為0至1024°C，分辨率為0.25°C。兩款I(lǐng)C均通過SPI™兼容接口與微控制器或類似的本地智能電路連接。如果檢測點距離控制器較遠，應(yīng)在檢測點附近對熱電偶信號進行數(shù)字化處理。

       與其它低壓電路相同，熱電偶信號處理電路對EMI非常敏感。熱電偶引線通常暴露在EMI環(huán)境中（引線拾取的干擾噪聲等級與引線長度成正比）。EMI增大了接收信號的不確定性，降低溫度測量的精度。對于這種環(huán)境，使用特殊的熱電偶連接電纜價格昂貴，如果選用其它電纜則很難確定實際環(huán)境的測試溫度。

         為了使噪聲降至zui小，可以在檢測點附近采用一個控制電路，靠近檢測點增加一個遠端控制電路以提供本地智能化管理，引入復(fù)雜信號的濾波和電纜屏蔽。圖1提供了一個較好的設(shè)計方案，在靠近檢測點的位置對熱電偶輸出進行數(shù)字化。
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