热电偶电路的应用

表4：测量值取自不同烤箱内的冷结点和热结点温度。冷结点温度范围：0℃至+70℃，热结点温度保持在+100℃。表中的热结点测量值是电路提供的十进制数字。

选择冷结点结温测量器件

为了实现冷结点补偿，必须确定冷结点温度，这可以通过任何类型的温度检测器件实现。在通用的温度传感器IC、热电调节器和RTD中，不同类型的器件具有不同的优缺点，需要根据具体应用进行选择。对于精度要求非常高的应用，经过校准的铂RTD能够在很宽的温度范围内保持较高精度，但其成本很高。精度要求不是很高时，采用热敏电阻和硅温度传感器IC能够提供较高的性价比，热敏电阻比硅IC具有更宽的测温范围，而温度传感器IC具有更高的线性度，因而性能指标更好一些。修正热敏电阻的非线性会占用较多的微控制器资源。温度感应IC具有出色的线性度，但测温范围很窄。

因此，必须根据系统的实际需求选择冷结点温度测量器件，需要仔细考虑精度、温度范围、成本和线性指标，以便得到最佳的性价比。

查找表方法

一旦你建立了一种冷结点补偿的方法，补偿输出电压必须转换成相应的温度，一种简单的方法是采用来自NBS的查找表。用软件实现查找表需要存储器来存储，但是在需要连续不断地进行测试时，这些表提供了一种快速和准确的解决方案。两种用于将热偶电压转换成温度的其他方法需要不仅仅是查找表，这两种方法是：使用多项式系数的线性近似值和热电偶输出信号的模拟线性化。

软件线性值很流行，这是因为除了预先定义了的多项式系数以外，不需要存储。这种方法的缺点是与多阶多项式(multiple-order polynomial)相关的处理时间问题。对于更多阶的多项式，处理时间进一步增加。对于需要多次多项式的温度测量应用来说，查找表可能比线性近似值方法更有效且更准确。

在软件用来实现测量电压到温度(除了手动搜索查找表以外)的转换之前，人们通常采用模拟线性化方法。这种基于硬件的方法使用模拟电路来修正热偶响应的非线性。其准确性决定于采用近似修正的阶数。这种方法依然广泛应用在那些接收热偶信号的万用表中。

应用电路

下面讨论了三种利用硅传感器IC进行冷结点补偿的典型应用，三个电路均用来解决温度范围较窄(0℃至+70℃和-40℃至+85℃)的冷结点温度补偿，精度在几个摄氏度以内。第一个电路在邻近冷节点的地方采用了一个温度感应IC来确定其温度；第二个电路包含一个远结点二极管温度检测器，由连接成二极管的晶体管(直接连接到热电偶的连接头)为其提供测试信号；第三个电路中的模/数转换器(ADC)内置冷结点补偿。所有三个电路均采用K型热电偶(由镍铬合金和镍基热电偶合金组成)进行温度测量。

1. 典型应用一

图2所示电路中，16位ADC将低电平热电偶电压转换成16位串行数据输出。集成可编程增益放大器有助于改善A/D转换的分辨率，这对于处理热电偶小信号输出非常必要。温度检测IC靠近热电偶接头安装，用于测量冷结点附近的温度。这种方法假设IC温度近似等于冷结点温度。冷结点温度传感器输出由ADC的通道2进行数字转换。温度传感器内部的2.56V基准节省了一个外部电压基准IC。

工作在双极性模式时，ADC可以转换热电偶的正信号和负信号，并在通道1输出。ADC的通道2将MAX6610的单结点输出电压转换成数字信号，提供给微控制器。温度检测IC的输出电压与冷结点温度成正比。为了确定热结点温度，需首先确定冷结点温度，然后通过NBS提供的K型热电偶查找表将冷结点温度转换成对应的热电电压(thermoelectric voltage)。将此电压与经过PGA增益校准的热电偶读数相加，最后再通过查找表将求和结果转换成温度，所得结果即为热结点温度。

表2列出了温度测量结果，冷结点温度变化范围：-40℃至+85℃，热结点保持在+100℃。实际测量结果的精度在很大程度上取决于本地温度检测IC的精度和烤箱温度。

2. 典型应用二

图3所示电路中，远结点温度检测IC测量电路的冷结点温度，与本地温度检测IC不同的是IC不需要靠近冷结点安装，而是通过外部连接成二极管的晶体管测量冷结点温度。晶体管直接安装在热电偶接头处。温度检测IC将晶体管的测量温度转换成数字输出。ADC的通道1将热电偶电压转换成数字输出，通道2没有使用，输入直接接地。外部2.5V基准IC为ADC提供基准电压。

表2、3列出了温度测量结果，冷结点温度变化范围：-40℃至+85℃，热结点保持在+100℃。实际测量结果精度在很大程度上取决于远结点二极管温度检测IC的精度和烤箱温度。

3. 典型应用三

图4电路中的12位ADC带有温度检测二极管，温度检测二极管将环境温度转换成电压量，IC通过处理热电偶电压和二