1.什么是热电偶

所谓热电偶是指由两种不同材质的金属导体构成的温度传感器。,主要用于工业行业的热电偶具有其特点:

①响应速度快。

②可进行-200℃到+1700℃之间大范围的温度测量。

③可对特定点和小空间进行温度测量。

④由于温度信息可检测为电信号(热电动势),信息的处理和分析非常便利。

⑤价格低廉,易购买

2.热电偶的原理

1821年德国科学家塞贝克(T.J Seebeck)发现:当连接两种不同金属,并对两端的接点施加不同温度时,金属之间会产生电压并有电流通过。这一现象以发现者的名字命名为“塞贝克效应”。该回路中生成电流的电力被称为热电动势(Thermoelectromotive force),其极性和大小仅由两种导体的材质和两端之间的温度差决定。

pcb宽度和电流关系_电流与线宽对照表_pcb线宽与电流对照表

利用前面所说的塞贝克效应,热电偶工作原理为其凭借2种不同金属的接合处(测温接点)T1与热电偶显示仪表接点(基准接点)T0之间的温度差T,从而产生电压。使用热电偶测量温度时,显示仪表会测量该电压。

pcb线宽与电流对照表_电流与线宽对照表_pcb宽度和电流关系

3、热电偶的应用

热电偶可以直接输出电压信号,因此可以直接用AD进行采集。但一般热电偶信号都比较小,需要先进行放大处理。目前有很多专门用于热电偶采集的芯片,下面就来简单介绍几种。

MAX6675

MAX6675是一款K型热电偶专用的AD转换器,其内部集成了冷端温度补偿、线性校正、断线检测等功能。采用SPI接口,使用非常方便。

电流与线宽对照表_pcb宽度和电流关系_pcb线宽与电流对照表

其内部结构如下,可以看到,芯片内部集成了运算放大器和ADC。使用时,用户只需要通过SPI接口读取相应的寄存器即可。

pcb宽度和电流关系_pcb线宽与电流对照表_电流与线宽对照表

该芯片使用非常方便pcb线宽与电流对照表,但有个缺点就是只能使用某一种热电偶,无法做到通用。如果需要更高级的,可以选择MAX31855,该芯片支持K、J、N、T或E型热电偶。

AD7793

AD7793是一款适合高精度测量应用的低功耗、低噪声、完整模拟前端pcb线宽与电流对照表,内置PGA、基准电压源、时钟和激励电流,从而大大简化了热电偶系统设计。

AD7793提供一种集成式热电偶解决方案,可以直接与热电偶接口。冷结补偿由一个热敏电阻和一个精密电阻提供。该电路只需要这些外部元件来执行冷结测量,以及一些简单的R-C滤波器来满足电磁兼容性(EMC)要求。如下图:

电流与线宽对照表_pcb线宽与电流对照表_pcb宽度和电流关系

AD7793片上集成的偏置电压发生器偏置热电偶信号,使其共模电压为AVDD/2,确保以相当大的裕量满足输入电压限值要求。

该电路适用于不同类型的热电偶,可根据温度的测量范围及热电偶类型来设置内部PGA的放大倍数,以达到最佳效果。用户需要根据不同类型热电偶的温度与电压对照表,在程序中通过查表等方式可计算出温度。

类似于AD7793的这种芯片很多,如AD7124、ADS1118、ADS1220等都可以用于热电偶测量。

上面介绍的两种都是集成芯片的解决方案,如果对成本比较敏感,可以选择用运放搭建放大电路用MCU内部AD实现热电偶信号采集。

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