溫差熱電偶(簡稱熱電偶)是目前溫度測量中使用普遍的之一，它具有結(jié)構(gòu)簡單、測量范圍寬、準確度高、熱慣性小、輸出號為電壓號不需要激勵等優(yōu)點，能夠用于流體、固體、固體壁面等各種不同測試測量場合。   本文引用地址：   熱電偶測溫原理   當導電物質(zhì)處于溫度時，其電子或空穴會隨著溫度梯度由高溫區(qū)往低溫區(qū)移動，由此產(chǎn)生的電荷堆積的現(xiàn)象稱作熱電效應(yīng)，因熱電效應(yīng)產(chǎn)生的電動勢稱為熱電動勢。   如果采用兩種電子密度同的導體連接成閉合回路，如果兩端所處的溫度不同，在該回路中就會產(chǎn)生熱電動勢，如下圖所示。   在熱電偶回路中接入第三種導體，只要該導體兩端的溫度相同，則整個熱電偶回路中產(chǎn)生的總的熱電勢是不變的，這種現(xiàn)象稱為中間導體效應(yīng)，可以通過簡單的推導得到。   由此，我們得到了實際使用的熱電偶原型如下圖所示，采用兩種不同金屬相連構(gòu)成測溫點(通常稱為“熱端”)，另一端分別接銅線引到號調(diào)理電路，熱電偶金屬和銅走線之間的兩個接合點溫度相同，為參考點(通常稱為“冷端”)。   在參考點和產(chǎn)生的電壓取決于測量點和參考點兩處的溫度，由前面所講的熱電偶測量原理可以知道，在使用過程中需要知道參考點的溫度才能獲得測量點的準確溫度讀數(shù)。   熱電偶的特點   1.優(yōu)點   ? 溫度范圍廣，熱電偶測溫電路采用不同類型的熱電偶，測量范圍可達-200 到＋2500 ，適用于大多數(shù)實際的溫度范圍。   ? 堅固耐用，熱電偶屬于耐用器件，抗振動沖擊性能好，適用于危險惡劣的環(huán)境。   ? 響應(yīng)快，因為熱電偶體積小，熱容量小，熱電偶對溫度的響應(yīng)速度很快，尤其是在熱點裸露的情況下。熱電偶可在數(shù)百毫秒內(nèi)對溫度變化作出響應(yīng)。   ? 無自身發(fā)熱，由于熱電偶不需要激勵電源，不會自發(fā)熱，不會因自發(fā)熱而造成測量誤差。   2.缺點   ? 號調(diào)理電路復(fù)雜，將熱電偶的直接輸出電壓轉(zhuǎn)換成可用的溫度讀數(shù)，必須進行大量的號調(diào)理。一量處理不當，就會引入誤差，導致測量精度下降。   ? 精度低，除了由于構(gòu)成熱電偶的金屬本身特性導致的熱電偶內(nèi)部固有不確定性外，熱電偶測量精度還依賴于冷端溫度的測量精度，因此熱電偶的測量精度一般在1 到2 。   ? 抗噪性能差，由于熱電偶直接輸出電壓號量級較小，當測量環(huán)境周圍存在雜散電場或磁場時，可能會引起問題，根據(jù)使用環(huán)境的要求，可能需要采取適當?shù)姆雷o措施。   ? 易受腐蝕，因為熱電偶由兩種不同的金屬構(gòu)成，在某些工況下，長時間使用造成腐蝕，所以根據(jù)使用條件的不同，可能需要保護措施。   3.電路設(shè)計的難點   ? 電壓號太弱，常見的熱電偶類型有J型，K型，T型，在室溫下其靈敏度分別分，這種弱的號在送入ADC之前需要進行較高增益的號放大(通常需要100倍左右)。同時，由于號如此弱，為避免被噪聲淹沒，通常采用低通濾波和差分輸入放大的來對號進行處理。   ? 參考接合點溫度補償，要得到測量端的 溫度讀數(shù)，需要對冷端溫度進行測量。冷端溫度測量一般使用另外一種能夠輸出 溫度的，如熱電阻、熱敏電阻、集成測溫IC等，以冷端測溫結(jié)果來對熱電偶的測溫結(jié)果進行補償。   ? 非線性校正，熱電偶的輸出結(jié)果在非線性非常嚴重，在不同溫度下靈敏度有很大差異，如下圖為三種典型熱電偶的溫度特性曲線，在實際使用中需要對輸出結(jié)果進行非線性校正。常用的非線性校正的方法有：模擬電路補償、分段線性化、查表、高階擬合等。zyclxmzsw

  圖1中的電路專為使用 ADT7320同時測量3個K型熱電偶而設(shè)計，該器件是一款±0.25°C精度、16位數(shù)字SPI溫度傳感器。   熱電偶電壓測量   采用熱電偶連接器和濾波器作為熱電偶與AD7793 ADC之間的接口。每個連接器（J1、J2和J3）都直接與一組差分ADC輸入相連。AD7793輸入端的濾波器可在號到達ADC的AIN （＋）和AIN（?）輸入端之前降低任何熱電偶引腳上疊加的噪聲。AD7793集成片內(nèi)多路復(fù)用器、緩沖器和儀表放大器，可放大來自熱電偶測量結(jié)點的小電壓號。   冷結(jié)測量   ADT7320精密16位數(shù)字溫度傳感器用于測量基準結(jié)（冷結(jié)） 溫度，其精度在?20°C至＋105°C溫度范圍內(nèi)可達±0.25°C。 ADT7320完全經(jīng)過工廠校準，用戶無需自行校準。它內(nèi)置一個帶隙溫度基準源、一個溫度傳感器和一個16位Σ-Δ型 ADC， 用來測量溫度并進行數(shù)字轉(zhuǎn)換， 分辨率為 0.0078°C。   AD7793和ADT7320均利用系統(tǒng)演示平臺 （EVAL-SDP-CB1Z）由SPI接口控制。此外，這兩個器件也可由控制器控制。   圖2. EVAL-CN0172-SDPZ電路評估板   圖2顯示帶有3個K型熱電偶連接器的EVAL-CN0172-SDPZ 電路評估板，AD7793 ADC， 和ADT7320溫度傳感器安裝在獨立柔性印刷電路板（PCB）的兩塊銅觸點之間，用于基準溫度測量。   圖3是安裝在獨立柔性PCB上ADT7320 的側(cè)視圖，該器件插在熱電偶連接器的兩個銅觸點之間。圖3中的柔性PCB更薄更靈活，比小型FR4類PCB更具優(yōu)勢。它允許將ADT7320巧妙地安裝在熱電偶連接器的銅觸點之間，以盡量降低基準結(jié)和ADT7320之間的溫度梯度。   圖3. 安裝在柔性PCB上ADT7320的側(cè)視圖   小而薄的柔性PCB還能使ADT7320快速響應(yīng)基準結(jié)的溫度變化。 圖4顯示ADT7320的典型熱響應(yīng)時間。   圖4.ADT7320典型熱響應(yīng)時間   本解決方案較為靈活，允許使用其它類型的熱電偶，如J型或T型。本電路筆記中，選擇K型是考慮到其更受歡迎。實際選用的熱電偶具有裸露 。測量結(jié)位于探頭壁（probe wall）之外，暴露在目標介質(zhì)中。   采用裸露 的優(yōu)勢在于，它能提供 的熱傳導率、具有快的響應(yīng)時間，并且成本低、重量輕。不足之處是容易受到機械損壞和腐蝕的影響。因此，不適合用于惡劣環(huán)境。但在需要快速響應(yīng)時間的場合下，裸露 是 選擇。若在工業(yè)環(huán)境中使用裸露 ，則可能需對號鏈進行電氣隔離?？墒褂脭?shù)字隔離器達到這一目的 （見   不同于傳統(tǒng)的熱敏電阻或電阻式溫度檢測器（RTD）， ADT7320是一款完全即插即用型解決方案，無需在電路板裝配后進行多點校準，也不會因校準系數(shù)或線性化程序而消耗處理器或內(nèi)存資源。它在3.3 V電源下工作時的典型功耗僅為700μW，避免了會降低傳統(tǒng)電阻式傳感器解決方案精度的自發(fā)熱問題。   精密溫度測量指南   下列指南可確保ADT7320地測量基準結(jié)溫度。   電源： 如果ADT7320 從開關(guān)電源供電，可能產(chǎn)生50 kHz以上的噪聲，從而影響溫度精度。為了防止此缺陷，應(yīng)在電源和VDD. 之間使用RC濾波器。所用元件值應(yīng)仔細考慮，確保電源噪聲峰值小于1 mV   去耦： ADT7320必須在盡可能靠近 VDD 的地方安裝去耦電容，以確保溫度測量的精度。使用諸如0.1μF高頻陶瓷類型的去耦電容。此外，還應(yīng)使用一個低頻去耦電容與高頻陶瓷電容并聯(lián)，如10μF 至 50 μF 鉭電容。    熱傳導： 塑料封裝和背面的裸露焊盤（GND）是基準結(jié)至ADT7320的主要熱傳導路徑。由于銅觸點與ADC輸入相連，本應(yīng)用中無法連接背面的焊盤，因為這樣做會影響 ADC輸入的偏置。   精密電壓測量指南   下列指南可確保AD7793地測量熱電偶測量結(jié)電壓。   去耦：AD7793必須在盡可能靠近AVDD 和 DVDD 的地方安裝去耦電容，以確保電壓測量的精度。應(yīng)將0.1 μF陶瓷電容與 10 μF鉭電容并聯(lián)，將AVDD去耦到GND。此外，應(yīng)將0.1 μF 陶瓷電容與10 μF鉭電容并聯(lián)，將DVDD去耦到GND。 更多有關(guān)接地、布局和去耦技巧的討論，請參考Tutorial MT-031 和 Tutorial MT-101   濾波：AD7793的差分輸入用于熱電偶線路上的大部分共模噪聲。例如，將組成差分低通濾波器的R1、R2和C3放置在AD7793的前端，可熱電偶引腳上可能存在的疊加噪聲。C1和C2電容提供額外的共模濾波。由于輸入ADC 的AIN（＋）和AIN（?）均為模擬差分輸入，因此，模擬調(diào)制器中的多數(shù)電壓均為共模電壓。AD7793的出色共模抑制（100 dB小值）進一步了這些輸入號中的共模噪聲。   本方案解決的其它難題   下文總結(jié)了本解決方案是如何解決前文提到的其它熱電偶相關(guān)難題。   熱電偶電壓放大：熱電偶輸出電壓隨溫度的變化幅度只有每度幾μV。本例中所用的常見K型熱電偶變化幅度為41μV/°C。這種弱的號在ADC轉(zhuǎn)換前需要較高的增益級。 AD7793內(nèi)部可編程增益放大器（PGA）能夠提供的 增益為128。本解決方案中的增益為16，允許AD7793通過內(nèi)部基準電壓源運行內(nèi)部滿量程校準功能。   熱電偶的非線性校正：AD7793在寬溫度范圍（–40°C至 ＋105°C）內(nèi)具有出色的線性度，不需要用戶校正或校準。為了確定實際熱電偶溫度，必須使用美國 標準技術(shù)研究院（NIST）所提供的公式將參考溫度測量值轉(zhuǎn)換成等效熱電電壓。此電壓與AD7793測量的熱電偶電壓相加，然后再次使用NIST公式將兩者之和再轉(zhuǎn)換回熱電偶溫度。另一種方法涉及查找表的使用。然而，若要獲得同樣的精度，查找表的大小可能有較大不同，這就需要主機控制器為其分配額外的存儲資源。所有處理均通過EVAL-SDP-CB1Z以軟件方式完成。EVAL-SDP-CB1Z以軟件方式完成。   欲查看完整原理圖和EVAL-CN0172-SDPZ的布局，請參見 CN-0172設(shè)計支持包：  zyclxmzsw 常見變化   對于精度要求較低的應(yīng)用，可用 AD7792 16位Σ-Δ 型ADC 替代 AD7793 24位Σ-Δ 型ADC對于基準溫度測量，可用 ±0.5°C精度的 ADT7310 數(shù)字溫度傳感器替代±0.25°C精度的 ADT7320. AD7792和ADT7310均集成SPI接口。