熱電偶測量的難點與研究
熱電偶測量的難點
1.濾波與放大
將熱電偶產生的電壓變換成精確的溫度讀數并不是件輕松的事情，型的靈敏度。__原因很多：電壓信號太弱，溫度電壓關系呈非線性，需要參考接合點補償，且熱電偶可能引起接地問題。讓我們逐一分析這些問題。電壓信號太弱：最常見的熱電偶類型有J、K 和T 型。在室溫下，其電壓變化幅度分別為52 μV/°C、41 μV/°C 和41 μV/°C。其它較少見的類型溫度電壓變化幅度甚至更小。這種微弱的信號在模數轉換前需要較高的增益級。表1 比較了各種熱電偶類
表1. 25°C時各種熱電偶類型的電壓變化和溫度升高關系（塞貝克系數）
因為電壓信號微弱，信號調理電路一般需要約100 左右的增益，這是相當簡單的信號調理。更棘手的事情是如何識別實際信號和熱電偶引線上的拾取噪聲。熱電偶引線較長，經常穿過電氣噪聲密集環境。引線上的噪聲可輕松淹沒微小的熱電偶信號。一般結合兩種方案來從噪聲中提取信號。第一種方案使用差分輸入放大器（如儀表放大器）來放大信號。因為大多數噪聲同時出現在兩根線上（共模），差分測量可將其消除。第二種方案是低通濾波，消除帶外噪聲。低通濾波器應同時消除可能引起放大器整流的射頻干擾（1MHz 以上）和50Hz/60Hz（電源）的工頻干擾。在放大器前面放置一個射頻干擾濾波器（或使用帶濾波輸入的放大器）十分重要。
2.參考接合點補償
要獲得精確的絕對溫度讀數，必須知道熱電偶參考接合點的溫度。當第一次使用熱電偶時，這一步驟通過將參考接合點放在冰池內來完成。這種方法用來詳盡描述各種熱電偶類型的特點，因此幾乎所有的熱電偶表都使用0°C作為參考溫度。但對于大多數測量系統而言，將熱電偶的參考接合點保持在冰池內不切實際。大多數系統改用一種稱為參考接合點補償（又稱為冷接合點補償）的技術。參考接合點溫度使用另一種溫度敏感器件來測量—一般為IC、熱敏電阻、二極管或RTD（電阻溫度測量器）。然后對熱電偶電壓讀數進行補償以反映參考接合點溫度。必須盡可能精確地讀取參考接合點—將精確溫度傳感器保持在與參考接合點同的溫度。任何讀取參考接合點溫度的誤差都會直接反映在最終熱電偶讀數中。可使用各種傳感器來測量參考接合點溫度：
1、熱敏電阻：響應快、封裝??；但要求線性，精度有限，尤其在寬溫度范圍內。要求激勵電流，會產生自發熱，引起漂移。結合信號調理功能后的整體系統精度差。
2、電阻溫度測量器（RTD）：RTD 更精確、穩定且呈合理線性，但封裝尺寸和成本限制其應用于過程控制應用。
3、遠程熱二極管：二極管用來感應熱耦連接器附近的溫度。調節芯片將和溫度成正比的二極管電壓轉換成模擬或數字輸出。其精度限于約±1°C。
4、集成溫度傳感器：集成溫度傳感器是一種局部感應溫度的獨立IC，應小心地靠近參考接合點安裝，并可組合參考接合點補償和信號調理?？色@得遠低于1°C的精度。
3.電壓信號非線性
熱電偶響應曲線的斜率隨溫度而變化。例如，在0°C時，T型熱電偶輸出按39 μV/C 變化，但在100°C時斜率增加至47 μV/C。有三種常見的方法來對熱電偶的非線性進行補償。
第一種方案是選擇曲線相對較平緩的一部分并在此區域內將斜率近似為線性，這是一種特別適合于有限溫度范圍內測量的方案，這種方案不需要復雜的計算。K 和J 型熱電偶比較受歡迎的諸多原因之一是它們同時在較大的溫度范圍內靈敏度的遞增斜率（塞貝克系數）保持相當恒定（參見圖3）。
圖3.熱電偶靈敏度隨溫度而變化
注意，從0°C至1000°C，K型塞貝克系數大致恒定在約41 μV/C。另一個方案是將查找表存儲在內存中，查找表中每一組熱電偶電壓與其對應的溫度相匹配。然后，使用表中兩個最近點間的線性插值來獲得其它溫度值。第三種方案使用高階等式來對熱電偶的特性進行建模。這種方法雖然最精確，但計算量也最大。每種熱電偶有兩組等式。一組將溫度轉換為熱電偶電壓（適用于參考接合點補償）。另一組將熱電偶電壓轉換成溫度。
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