热电偶

热电偶广泛用于各种工业、汽车和消费类设备，采用自供电、无需激励；与其他常见传感器相比，其工作温度范围宽得多(高达+2000°C)。裸热电偶具有非常快的响应速度，使系统操作中的温度测量没有明显延迟。热电偶由两种连接在一起的异类金属丝制成。产生的输出电压非常小(对于K型热电偶，约为40μV/°C)，需要复杂的信号调理(包括冷端补偿和放大)。热电偶的类型有多种，分别以字母表示。应用最广的热电偶为K型热电偶。

热电偶类型特性

热电偶电路设计

尽管热电偶具有诸多优势，但由于其测量温度时的输出电压非常小，需要高精度放大，具有一定的设计挑战。热电偶对外部噪声的敏感性，特别是热电偶和测量电路之间的 导线较长时，也带来了一定的挑战。另一个问题是热电偶 引线与铜线(或走线)连接点产生的附加热电偶。铜线连接到 信号调理电路，形成另一个热电偶。该点被称为冷端，如 图1所示。金属A与金属B之间的结为主热电偶结(也称为“热 端”，尽管其温度可能低于冷端温度)。该电路输出电压表现为热电偶电压减去处于冷结温度下的 相似热电偶的电压。

例如，若热电偶所处温度为+525°C，而冷端温度为+25°C，V（OUT）指示将为+500°C。为补偿冷端效应，就必须测量冷端温度，并将该温度可能产生的热电偶电压增加到V（OUT）值：

V（OUT） = V（TC ）- V（CJ ）

V（TC ）= V（OUT） + V（CJ ）

可以在冷端位置放置一个温度传感器，并利用测得的温度 对冷端温度进行补偿，从而完成误差修正。包括冷端补偿 的热电偶至数字转换电路如图2所示。高精度运放和电阻为 热电偶输出信号提供增益，信号一般为毫伏范围。冷端位 置的温度传感器监测该温度值，ADC输出所需分辨率的数 据。一般情况下，需要通过校准修正放大器的失调电压，以 及电阻、温度传感器、电压基准误差，并进行线性化处 理。必须通过执行以上步骤，才能修正热电偶温度-电压关系的非线性效应。