親密關系之熱電偶和冷接點

來源：安徽天康集團股份有限公司 2013年09月05日 10:39

熱電偶由兩種不同類型的金屬組成。當溫度高于零攝氏度時，在兩種金屬的連接處會產生溫差電壓，電壓大小取決于溫度相對于零攝氏度的偏差。熱電偶具有體積小、堅固耐用、價格相對便宜、工作溫度范圍寬等優點，非常適合惡劣環境中的*溫度（高達2300°C）測量。不過，熱電偶的輸出為毫伏級，因此需要經過精密放大才能進行進一步處理。不同類型熱電偶的靈敏度也不一樣，一般僅為每攝氏度幾毫伏，因此為了準確讀出溫度，需要高分辨率、低噪聲模數轉換器。當熱電偶與印制電路板的銅印刷線連接時，在熱電偶與銅印刷線連接的地方會出現另一個熱電偶接點。其結果是產生一個抵熱電偶熱電偶熱電偶熱電偶熱電偶熱電偶熱電偶熱電偶熱電偶熱電偶消熱電偶電壓的電壓。為了補償這個反向電壓，我們在熱電偶-銅線連接點放置一個溫度傳感器，測量連接處的溫度。這就是所謂的冷接點。

熱電偶是差分溫度測量器件，由兩段不同的金屬線構成，一段用作正結點，另一段用作負結點，常用的熱電偶類型、所用金屬以及對應的溫度測量范圍。熱電偶的兩種不同金屬線焊接在一起后形成兩個結點。環路電壓是兩個結點溫差的函數。這利用了Seebeck效應，通常描述為熱能轉換為電能的過程。Seebeck效應與Peltier效應相反，Peltier效應為電能轉換成熱能的過程，典型應用有熱電致冷器。測量電壓VOUT是檢測結點（熱結點）結電壓與參考結點（冷結點）結電壓之差。因為VH和VC是由兩個結的溫度差產生的，VOUT也是溫差的函數。比例因數α對應于電壓差與溫差之比，稱為Seebeck系數。

由于熱電偶測量的是溫度差，為了確定熱結點的實際溫度，冷結點溫度必須是已知的。冷結點溫度為0℃（冰點）時是一種zui簡單的情況，如果TC=0℃，則VOUT=VH。這種情況下，熱結點測量電壓是結點溫度的直接轉換值。美國國家標準局（NBS）提供了各種類型熱電偶的電壓特征數據與溫度對應關系的查找表，所有數據均基于0℃冷結點溫度。利用冰點作為參考點，通過查找適當表格中的VH可以確定熱結點溫度。

在熱電偶應用初期，冰點被當作熱電偶的標準參考點，但在大多數應用中獲得一個冰點參考溫度不太現實。如果冷結點溫度不是0℃，那么，為了確定實際熱結點溫度必須已知冷結點溫度。考慮到非零冷結點溫度的電壓，必須對熱電偶輸出電壓進行補償，即所謂的冷結點補償。

為了實現冷結點補償，必須確定冷結點溫度，這可以通過任何類型的溫度檢測器件實現。在通用的溫度傳感器IC、熱電調節器和RTD中，不同類型的器件具有不同的優缺點，需要根據具體應用進行選擇。對于精度要求非常高的應用，經過校準的鉑RTD能夠在很寬的溫度范圍內保持較高精度，但其成本很高。精度要求不是很高時，采用熱敏電阻和硅溫度傳感器IC能夠提供較高的性價比，熱敏電阻比硅IC具有更寬的測溫范圍，而溫度傳感器IC具有更高的線性度，因而性能指標更好一些。修正熱敏電阻的非線性會占用較多的微控制器資源。溫度感應IC具有出色的線性度，但測溫范圍很窄。

一旦你建立了一種冷結點補償的方法，補償輸出電壓必須轉換成相應的溫度，一種簡單的方法是采用來自NBS的查找表。用軟件實現查找表需要存儲器來存儲，但是在需要連續不斷地進行測試時，這些表提供了一種快速和準確的解決方案。兩種用于將熱偶電壓轉換成溫度的其他方法需要不僅僅是查找表，這兩種方法是：使用多項式系數的線性近似值和熱電偶輸出信號的模擬線性化。

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