设计与热电偶传感器AFE应用

一个简单的热电偶,结合在模拟前端,可以提供更强大的,成本更低,抗蚀范围的替代其他温度传感器。

在1821年,托马斯塞贝克发现,当两种不同的金属接合在两端都与一个端部被加热,连续电流在所述热电circuit.¹如果另一端被分解生成的物理现象,电压可以测量即正比于加热的连接点之间的温度差(测量或“热”交界处)和开口端(参照或“冷”交界处)在哪一次测量。此物理性质,称为塞贝克效应,是在热电偶传感器的基础。

热电偶传感器有几个优点的确使它们在许多应用中流行:如工业,医疗和家电。相对于其他流行的温度传感器:如远程温度二极管器(RTD),热敏电阻和IC传感器,热电偶是更坚固,更便宜,并且可以在整个温度范围最大的工作。进一步更,热电偶是无源传感器,因此不需要向电刺激来操作,其最小化系统的复杂性。连同他们的许多好处,重要的是要充分了解热电偶“电气特性当他们设计。

热电偶传感器由基于哪个被用于形成热电偶结点类型的异种金属的不同的校准类型(例如,K型和J型)分类。根据它的校准类型,每个热电偶传感器具有灵敏度(微伏/℃),温度范围,和在整个温度范围内的非线性电压曲线那样。对于实施例,K型热电偶具有以平均的大约41微伏/℃的灵敏度和在-200的工作范围,以1250℃。热电偶电压曲线是非线性的过它们的工作温度范围内,如在图1可见

图1:热电偶输出电压与温度的关系。

当热电偶设计,重要的是要理解GDP是双极性,这意味着它们可以产生积极或消极的电压取决于测得的温度是否高于或低于,分别比系统温度。

如前所述,由热电偶产生的电压是相对于测量结,它被放置在实测环境,和基准结,这是通常在测量系统的环境之间的温度差。这意味着,热电偶仅能两个认识点之间的温度差和不具有测量绝对温度的能力。要确定被测环境的绝对温度,它是需要确定基准结点和要素的温度它的绝对温度计算。这种技术被称为“冷端补偿”,并且可以通过放置一个温度传感器,颜色处理:如美国国家半导体的LM94022,测量系统接近参考接合点。该温度传感器应具有向董事会恒温连接,以尽量减少任何潜在的温度梯度。

根据不同的温度范围和应用的精度要求,这是经常的必要之前通过放大热电偶信号处理系统的模拟 - 数字转换器(ADC)或微控制器(MCU)。一个流行的热电偶放大器配置为差分放大器。差分放大器的其中一个优点是最小化的共模拾取的影响,它可以是整个长热电偶线相当显著在嘈杂的环境。差分放大器的另一好处是,为了避免输入饱和通过停留放大器的输入共模范围内的电平转换的信号的能力。这是有益的应用中它热电偶需要测量温度接近或低于系统的温度。


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