熱電偶具有下列優(yōu)點(diǎn)：

- 溫度范圍廣：從低溫到噴氣引擎廢氣，熱電偶適用于大多數(shù)實(shí)際的溫度范圍。熱電偶測(cè)量溫度范圍在-200°C至+2500°C之間，具體取決于所使用的金屬線。

- 堅(jiān)固耐用：熱電偶屬于耐用器件，抗沖擊和抗振動(dòng)性好，適合危險(xiǎn)惡劣的環(huán)境。

- 響應(yīng)快：熱電偶對(duì)溫度響應(yīng)快，尤其在感應(yīng)接合點(diǎn)裸露時(shí)。它們體積小，熱容量低，可在數(shù)百毫秒內(nèi)對(duì)溫度變化做出響應(yīng)。

- 無(wú)自發(fā)熱：由于熱電偶不需要激勵(lì)電源，因此不易自發(fā)熱。

熱電偶類型眾多，其中K型較受歡迎，原因是它具有相對(duì)較大的輸出電壓、可在寬溫度范圍內(nèi)保持線性，并且成本低。

熱電偶原理

熱電偶由在一頭相連的兩根不同金屬線組成。相連的一頭稱為測(cè)量接合點(diǎn)或熱接合點(diǎn)。金屬線不相連的另一頭接到信號(hào)調(diào)理電路走線，它一般由銅制成。在熱電偶金屬和銅走線之間的這一個(gè)接合點(diǎn)叫做參考（"冷"）接合點(diǎn)。

在參考接合點(diǎn)處產(chǎn)生的電壓取決于測(cè)量接合點(diǎn)和參考接合點(diǎn)兩處的溫度。由于熱電偶是一種差分器件而不是一定溫度測(cè)量器件，必須知道一個(gè)接合點(diǎn)的參考溫度才能從輸出電壓推算出另一個(gè)接合點(diǎn)的溫度。

熱電偶的較大缺點(diǎn)是將熱電偶電壓轉(zhuǎn)換成可用的溫度讀數(shù)必需進(jìn)行復(fù)雜的信號(hào)調(diào)理。一直以來(lái)，這種復(fù)雜的信號(hào)調(diào)理耗費(fèi)著大量設(shè)計(jì)時(shí)間，處理不當(dāng)就會(huì)引入誤差，導(dǎo)致精度降低。信號(hào)調(diào)理的要求具體有哪些呢？

信號(hào)調(diào)理要求

放大電壓：熱電偶輸出電壓隨溫度的變化幅度只有每度μV。例如，常用的K型變化幅度為41 μV/°C。這種微弱的信號(hào)在模數(shù)轉(zhuǎn)換前需要較高的增益級(jí)。

消除噪聲：噪聲可輕松淹沒(méi)微小的熱電偶信號(hào)，特別是當(dāng)長(zhǎng)熱電偶線穿過(guò)工業(yè)環(huán)境時(shí)。由于大多數(shù)噪聲是兩條引線共有的，因此測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)采用差分輸入。大多數(shù)噪聲都是線路噪聲，可通過(guò)能夠抑制50 Hz和60 Hz噪聲的低通濾波器濾除。

參考接合點(diǎn)補(bǔ)償：熱電偶的電壓取決于測(cè)量接合點(diǎn)和參考接合點(diǎn)兩處的溫度。由于我們僅對(duì)測(cè)量接合點(diǎn)的溫度感興趣，因此必須消除參考接合點(diǎn)的影響，即需要進(jìn)行"參考接合點(diǎn)補(bǔ)償"，也稱為"冷接合點(diǎn)補(bǔ)償"。參考接合點(diǎn)補(bǔ)償是通過(guò)用另一種溫度器件（一般為IC、熱敏電阻、二極管或RTD）測(cè)量參考接合點(diǎn)溫度來(lái)進(jìn)行的。必須盡可能精確地讀取參考接合點(diǎn)，一方面要使用精確的溫度傳感器，另一方面要確保該傳感器處在與參考接合點(diǎn)相同的溫度下。任何讀取參考接合點(diǎn)溫度的誤差都會(huì)直接反映在較終熱電偶讀數(shù)中。

校正非線性度：熱電偶響應(yīng)曲線的斜率隨溫度而變化。例如，T型熱電偶在0°C時(shí)按39 μV/°C變化，但在100°C時(shí)斜率變?yōu)?7 μV/°C。有三種方法可對(duì)熱電偶的非線性進(jìn)行補(bǔ)償。

首先種方法是選擇曲線相對(duì)較平緩的區(qū)域并在此區(qū)域內(nèi)將斜率近似為線性，這種方法特別適合于溫度范圍有限且不需要復(fù)雜計(jì)算的測(cè)量。第二種方法是將一個(gè)查找表存儲(chǔ)在內(nèi)存中，查找表中的熱電偶電壓要與其對(duì)應(yīng)的溫度相匹配，然后使用線性近似法在查找表中的點(diǎn)之間進(jìn)行插值。第三種方法使用高階公式來(lái)對(duì)熱電偶的特性進(jìn)行建模。注意，這些表格和公式全部基于0°C參考接合點(diǎn)溫度。對(duì)于其它參考接合點(diǎn)溫度，必須進(jìn)行參考接合點(diǎn)補(bǔ)償。
處理熱電偶的絕緣和接地：熱電偶制造商在測(cè)量接合點(diǎn)上設(shè)計(jì)了絕緣和接地兩種尖端。設(shè)計(jì)熱電偶信號(hào)調(diào)理時(shí)應(yīng)在測(cè)量接地?zé)犭娕紩r(shí)避免接地回路，還要在測(cè)量絕緣熱電偶時(shí)具有一條放大器輸入偏壓電流路徑。此外，如果熱電偶尖端接地，放大器輸入范圍的設(shè)計(jì)應(yīng)能夠應(yīng)對(duì)熱電偶尖端和測(cè)量系統(tǒng)地之間的任何接地差異。

相對(duì)于其它溫度測(cè)量解決方案，熱電偶的復(fù)雜信號(hào)調(diào)理是一個(gè)缺點(diǎn)。信號(hào)調(diào)理設(shè)計(jì)和調(diào)試所需的時(shí)間可能會(huì)延長(zhǎng)產(chǎn)品的上市時(shí)間。信號(hào)調(diào)理部分產(chǎn)生的誤差可能會(huì)降低精度，尤其在冷接合點(diǎn)補(bǔ)償段。下列兩種解決方案可以解決這些問(wèn)題。

首先種方案詳細(xì)介紹了一種簡(jiǎn)單的集成硬件解決方案，它將參考接合點(diǎn)補(bǔ)償和熱電偶測(cè)量結(jié)合在一起。第二種方案詳細(xì)介紹了一種基于軟件的參考接合點(diǎn)補(bǔ)償方案，熱電偶測(cè)量精度更高，可更靈活地使用多種類型熱電偶。

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