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用傳感器AFE設(shè)計(jì)熱電偶應(yīng)用

   2012年02月14日 10:11  
  1821年,托馬斯•塞貝克(Thomas Seebeck)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)物理現(xiàn)象,當(dāng)把兩種不同金屬的兩端連接起來(lái)并加熱其中一端時(shí),熱電電路上會(huì)出現(xiàn)連續(xù)的電流。如果另一端也被斷開(kāi),就可以測(cè)量到與被加熱結(jié)點(diǎn)(測(cè)量點(diǎn)或“熱”結(jié)點(diǎn))和斷開(kāi)端(參考點(diǎn)或“冷”結(jié)點(diǎn))之間溫差成正比的電壓。這一物理特性稱為塞貝克效應(yīng),它是熱電偶傳感器的基礎(chǔ)。

  熱電偶有幾個(gè)優(yōu)勢(shì),使其可以廣泛使用在許多應(yīng)用中,例如工業(yè)、醫(yī)療和家電等行業(yè)。與其他流行的溫度傳感器相比,例如遠(yuǎn)程溫度二極管器(RTD)、熱敏電阻、IC傳感器等,熱電偶zui為堅(jiān)固,也*,而且可以在zui大溫度范圍內(nèi)工作。此外,由于熱電偶是無(wú)源傳感器,不需要通過(guò)電刺激來(lái)進(jìn)行操作,從而可zui大限度地降低系統(tǒng)的復(fù)雜性。在其許多優(yōu)勢(shì)當(dāng)中,重要的是用戶在通過(guò)熱電偶進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),要充分認(rèn)識(shí)其電氣特性。

  根據(jù)用來(lái)形成熱電偶結(jié)的金屬類型不同,熱電偶傳感器可分為不同校準(zhǔn)類型(即K型、J型等)。根據(jù)校準(zhǔn)類型,熱電偶具有某一溫度范圍的靈敏度(mV/℃),以及在該溫度范圍內(nèi)的非線性電壓曲線。例如,K型熱電偶的平均靈敏度約為41 mV/℃,工作溫度范圍為200℃至1250℃。在其工作溫度范圍內(nèi)熱電偶的電壓曲線是非線性的,這在圖1中可以看到。

  在用熱電偶進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),重要的是用戶要明白熱電偶是雙極性的,因?yàn)檫@意味著它可以產(chǎn)生一個(gè)正電壓或負(fù)電壓,而這取決于所測(cè)得的溫度是否分別高于或低于系統(tǒng)溫度。

  如前所述,熱電偶產(chǎn)生的電壓數(shù)值與測(cè)量的結(jié)點(diǎn)之間的溫差有關(guān),該結(jié)點(diǎn)位于被測(cè)環(huán)境中,而參考結(jié)點(diǎn)通常是在測(cè)量系統(tǒng)環(huán)境中。這意味著,熱電偶只能發(fā)現(xiàn)兩點(diǎn)之間的溫差,而不能測(cè)量溫度。如果要確定被測(cè)環(huán)境的溫度,則需要確定參考結(jié)點(diǎn)的溫度和溫度計(jì)算因數(shù)。這種技術(shù)被稱為“冷結(jié)補(bǔ)償”,它可以通過(guò)使用一個(gè)溫度傳感器(如德州儀器的LM94022)來(lái)進(jìn)行處理,溫度傳感器靠近測(cè)量系統(tǒng)中的參考結(jié)點(diǎn)。該溫度傳感器應(yīng)該與電路板等溫連接,以盡量減少任何潛在的溫度梯度。

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