用传感器AFE设计热电偶应用

　　1821年，托马斯•塞贝克(Thomas Seebeck)发现了一个物理现象，当把两种不同金属的两端连接起来并加热其中一端时，热电电路上会出现连续的电流。如果另一端也被断开，就可以测量到与被加热结点(测量点或“热”结点)和断开端(参考点或“冷”结点)之间温差成正比的电压。这一物理特性称为塞贝克效应，它是热电偶传感器的基础。

　　热电偶有几个优势，使其可以广泛使用在许多应用中，例如工业、医疗和家电等行业。与其他流行的温度传感器相比，例如远程温度二极管器(RTD)、热敏电阻、IC传感器等，热电偶最为坚固，也最便宜，而且可以在最大温度范围内工作。此外，由于热电偶是无源传感器，不需要通过电刺激来进行操作，从而可最大限度地降低系统的复杂性。在其许多优势当中，重要的是用户在通过热电偶进行设计时，要充分认识其电气特性。

　　根据用来形成热电偶结的金属类型不同，热电偶传感器可分为不同校准类型(即K型、J型等)。根据校准类型，热电偶具有某一温度范围的灵敏度(mV/℃)，以及在该温度范围内的非线性电压曲线。例如，K型热电偶的平均灵敏度约为41 mV/℃，工作温度范围为200℃至1250℃。在其工作温度范围内热电偶的电压曲线是非线性的，这在图1中可以看到。

　　在用热电偶进行设计时，重要的是用户要明白热电偶是双极性的，因为这意味着它可以产生一个正电压或负电压，而这取决于所测得的温度是否分别高于或低于系统温度。

　　如前所述，热电偶产生的电压数值与测量的结点之间的温差有关，该结点位于被测环境中，而参考结点通常是在测量系统环境中。这意味着，热电偶只能发现两点之间的温差，而不能测量绝对温度。如果要确定被测环境的绝对温度，则需要确定参考结点的温度和绝对温度计算因数。这种技术被称为“冷结补偿”，它可以通过使用一个温度传感器(如德州仪器的LM94022)来进行处理，温度传感器靠近测量系统中的参考结点。该温度传感器应该与电路板等温连接，以尽量减少任何潜在的温度梯度。