Ameya360:溫度測(cè)量中的熱電偶與冷端補(bǔ)償

不同的溫度傳感自有其優(yōu)缺點(diǎn)，一般來(lái)說(shuō)，熱電偶是一種相對(duì)廉價(jià)的范圍廣泛的溫度傳感。它的小尺寸、極快速度以及其較低的輸出阻抗是相對(duì)具有優(yōu)勢(shì)的特性，而且它能夠測(cè)量極端溫度，這是很多溫度傳感的測(cè)量范圍不能覆蓋的。響應(yīng)快是因?yàn)闊犭娕嫉臒崛萘亢艿?，尤其在感?yīng)接合點(diǎn)裸露時(shí)，熱電偶可在數(shù)百毫秒內(nèi)對(duì)溫度變化做出響應(yīng)。同時(shí)熱電偶固有的電壓輸出也消除了對(duì)激勵(lì)電源的需要，這也大大降低了器件本身的自發(fā)熱。

另一方面，熱電偶的相比其他溫度傳感的劣勢(shì)也不少，低電平輸出、靈敏度差和非線(xiàn)性是大家選擇熱電偶時(shí)會(huì)額外關(guān)注的幾點(diǎn)。低電平輸出意味著需要穩(wěn)定的信號(hào)調(diào)節(jié)組件，否則整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)的精度難以達(dá)到預(yù)期。熱電偶系統(tǒng)中組件的連接必須要非常小心，意外的熱電偶效應(yīng)（例如，焊料和銅產(chǎn)生3μV/℃熱電偶）會(huì)使整個(gè)“端到端”系統(tǒng)的精確度很難達(dá)到理想的標(biāo)準(zhǔn)精度。

即便信號(hào)調(diào)節(jié)得很好，沒(méi)有引入額外的誤差，由于熱電偶本身的金屬特性，內(nèi)部的不精確性也是無(wú)法消除的。一般來(lái)說(shuō)，熱電偶測(cè)量精度只能達(dá)到參考接合點(diǎn)溫度的測(cè)量精度，也就是1℃到2℃左右。而且當(dāng)熱電偶測(cè)量毫伏級(jí)信號(hào)變化時(shí)，也很容易受到雜散電場(chǎng)和磁場(chǎng)產(chǎn)生的噪聲影響。

熱電偶的冷端補(bǔ)償

冷端補(bǔ)償，談及熱電偶時(shí)不可能繞開(kāi)的一點(diǎn)，熱電偶想要達(dá)到理想的精度就必須采用冷端補(bǔ)償為其提供誤差修正。只有知道準(zhǔn)確測(cè)得冷端溫度，才能測(cè)量出熱電偶測(cè)量端溫度并提高標(biāo)裝置的準(zhǔn)確度。

使用恒溫法做冷端補(bǔ)償雖然足夠精確，但只適合實(shí)驗(yàn)室測(cè)量，在大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用中將熱電偶的參考接合點(diǎn)放置在冰浴中這種操作多少有點(diǎn)不切實(shí)際。因此在實(shí)際應(yīng)用中大多會(huì)選擇冷接合點(diǎn)補(bǔ)償技術(shù)來(lái)做冷端補(bǔ)償。這種方法需要一個(gè)額外的溫度傳感器來(lái)測(cè)量參考點(diǎn)溫度，通常會(huì)選擇RTD、NTC或者集成的溫度獨(dú)立IC。不同的傳感器選擇都會(huì)有所限制，比如使用RTD測(cè)量會(huì)很精準(zhǔn)但在尺寸和成本上偏高，使用NTC響應(yīng)非?？斓侨菀灼啤?/p>

還可以使用控制冷卻補(bǔ)償器的辦法來(lái)以電子模擬冰浴，冷結(jié)補(bǔ)償器電路并不保持一個(gè)穩(wěn)定的溫度，而是跟蹤冷結(jié)。這種跟蹤與保持冷結(jié)恒溫具有相同的效果，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)更簡(jiǎn)單，它在預(yù)期的冷結(jié)溫度范圍內(nèi)可以以斜率表示熱電偶的輸出。

這種冷結(jié)補(bǔ)償器IC需要有較低的供電電流來(lái)將自加熱最小化，確保自身可以與冷結(jié)處于等溫下運(yùn)行。冷結(jié)補(bǔ)償器內(nèi)特殊的曲率校正電路用于匹配所有熱電偶輸出中出現(xiàn)的“彎曲部分”，從而在較寬的溫度范圍內(nèi)保持準(zhǔn)確的冷結(jié)點(diǎn)補(bǔ)償。

審核編輯黃昊