溫度是測(cè)量zui頻繁的物理參數(shù),卻只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間接測(cè)量。所以溫度測(cè)量通常會(huì)導(dǎo)致高度不或無意義的數(shù)據(jù)。
本應(yīng)用筆記旨在澄清部分常見誤解,并提供一些有趣和實(shí)用的電路解決方案。
溫度傳感器技術(shù)
目前zui常用的電子溫度測(cè)量器件包括熱電偶、電阻式溫度檢測(cè)器(RTD)、熱敏電阻和集成電路溫度傳感器。這些器件各有相關(guān)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和局限,如表1所述:
表1傳感器比較
熱電偶特性 熱電偶是使用zui廣泛的儀器儀表溫度傳感器。因此,(美國)國家標(biāo)準(zhǔn)局(NBS)已經(jīng)廣泛表征各種金屬組合,即J型(鐵-康銅)、K型(鎳鉻-鎳鋁)、E型(鎳鉻-康銅)和T型(銅-康銅)。熱電偶質(zhì)量包括固有精度、寬溫度范圍、快速熱響應(yīng)、耐用性、低成本、可重復(fù)性和應(yīng)用多功能性。除廣泛使用外,熱電偶也是誤解zui多的溫度傳感器。冷結(jié)補(bǔ)償、塞貝克系數(shù)、等溫連接或模塊等等術(shù)語已經(jīng)攪得許多用戶暈頭轉(zhuǎn)向。本應(yīng)用筆記解釋了這些術(shù)語,并提供信息來幫助讀者、輕松地測(cè)量溫度。
熱電偶環(huán)路 兩根異質(zhì)金屬導(dǎo)線兩頭相連便構(gòu)成基本的熱電偶環(huán)路(參見圖1a)。此環(huán)路產(chǎn)生的電壓與兩結(jié)點(diǎn)間的溫度差異成正比。由于熱電偶基本上是差分溫度測(cè)量器件,測(cè)量單一溫度時(shí)需要得知結(jié)點(diǎn)之一(基準(zhǔn)結(jié)點(diǎn))的溫度。熱電偶使用者依賴各種技術(shù)來確定和補(bǔ)償基準(zhǔn)或“冷”結(jié)溫度。
冰點(diǎn)基準(zhǔn)
所有熱電偶(如NBS表格所列)的電壓輸出以0℃為基準(zhǔn)。這意味著僅在基準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)保持在0℃時(shí)熱電偶兩端的電壓才對(duì)應(yīng)于測(cè)量結(jié)點(diǎn)的溫度。這可以用圖1b所示的冰點(diǎn)單元和“冰池”來完成。不幸的是,這些方法笨拙、昂貴,僅在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境可行。在量產(chǎn)環(huán)境中,將基準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)維持在0℃不切實(shí)際。
中間金屬法則
實(shí)際操作中,為了避免明顯基準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)(如圖1a所示),實(shí)施等效于基本熱電偶環(huán)路的直接連接(參見圖1c)。依據(jù)中間金屬法則,只要連接具有相同溫度,連接到熱電偶兩種不同金屬的第三種金屬(大多數(shù)情況為銅)對(duì)輸出電壓無任何影響。
實(shí)用熱電偶測(cè)量
在量產(chǎn)環(huán)境中,可對(duì)基準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)形成的電壓進(jìn)行冰點(diǎn)補(bǔ)償。這可以借助向熱電偶環(huán)路增加電壓的電路來完成,電壓等于基準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)電壓但方向相反(參見圖1d)。
AD594/AD595正是包含此功能的器件??驁D和基本連接如圖2所示
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