用傳感器AFE設計熱電偶應用

　　1821年，托馬斯•塞貝克(Thomas Seebeck)發(fā)現(xiàn)了一個物理現(xiàn)象，當把兩種不同金屬的兩端連接起來并加熱其中一端時，熱電電路上會出現(xiàn)連續(xù)的電流。如果另一端也被斷開，就可以測量到與被加熱結(jié)點(測量點或“熱”結(jié)點)和斷開端(參考點或“冷”結(jié)點)之間溫差成正比的電壓。這一物理特性稱為塞貝克效應，它是熱電偶傳感器的基礎(chǔ)。

　　熱電偶有幾個優(yōu)勢，使其可以廣泛使用在許多應用中，例如工業(yè)、醫(yī)療和家電等行業(yè)。與其他流行的溫度傳感器相比，例如遠程溫度二極管器(RTD)、熱敏電阻、IC傳感器等，熱電偶最為堅固，也最便宜，而且可以在最大溫度范圍內(nèi)工作。此外，由于熱電偶是無源傳感器，不需要通過電刺激來進行操作，從而可最大限度地降低系統(tǒng)的復雜性。在其許多優(yōu)勢當中，重要的是用戶在通過熱電偶進行設計時，要充分認識其電氣特性。

　　根據(jù)用來形成熱電偶結(jié)的金屬類型不同，熱電偶傳感器可分為不同校準類型(即K型、J型等)。根據(jù)校準類型，熱電偶具有某一溫度范圍的靈敏度(mV/℃)，以及在該溫度范圍內(nèi)的非線性電壓曲線。例如，K型熱電偶的平均靈敏度約為41 mV/℃，工作溫度范圍為200℃至1250℃。在其工作溫度范圍內(nèi)熱電偶的電壓曲線是非線性的，這在圖1中可以看到。

　　在用熱電偶進行設計時，重要的是用戶要明白熱電偶是雙極性的，因為這意味著它可以產(chǎn)生一個正電壓或負電壓，而這取決于所測得的溫度是否分別高于或低于系統(tǒng)溫度。

　　如前所述，熱電偶產(chǎn)生的電壓數(shù)值與測量的結(jié)點之間的溫差有關(guān)，該結(jié)點位于被測環(huán)境中，而參考結(jié)點通常是在測量系統(tǒng)環(huán)境中。這意味著，熱電偶只能發(fā)現(xiàn)兩點之間的溫差，而不能測量絕對溫度。如果要確定被測環(huán)境的絕對溫度，則需要確定參考結(jié)點的溫度和絕對溫度計算因數(shù)。這種技術(shù)被稱為“冷結(jié)補償”，它可以通過使用一個溫度傳感器(如德州儀器的LM94022)來進行處理，溫度傳感器靠近測量系統(tǒng)中的參考結(jié)點。該溫度傳感器應該與電路板等溫連接，以盡量減少任何潛在的溫度梯度。