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　　1、熱電偶的基本工作原理

　　把2 根不同材質(zhì)的導體或半導體（A 和B）焊接起來(lái)組成一個(gè)閉合回路， 該閉合回路叫熱電回路。當兩接合點(diǎn)處于不同溫度T1和T0時(shí)， 回路中就會(huì )產(chǎn)生電動(dòng)勢，這種現象稱(chēng)為熱電效應，而這種電動(dòng)勢稱(chēng)為熱電勢。熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度測量的，其中直接用作測量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端（也稱(chēng)測量端），另一端叫做冷端（也稱(chēng)為補償端）， 冷端與測量?jì)x表連接。當熱端與冷端有溫差時(shí)，測量?jì)x表便能測出被測介質(zhì)的溫度。熱電偶的熱電勢隨溫度的升高而增大，其熱電勢的大小與熱電偶的材質(zhì)、熱電偶兩端的溫度有關(guān)，而與熱電極的長(cháng)度、直徑無(wú)關(guān)。熱電偶工作原理如圖1 所示。

　　2 熱電偶信號采集精度分析

　　2.1 熱電偶信號采集電路分析

　　熱電偶信號是變化緩慢的微弱微伏級信號，信號在傳輸過(guò)程中，容易受到外界的電磁干擾，因此熱電偶測溫儀表采集熱電偶信號時(shí)，其信號前端需要增加信號調理電路，提高電磁抗干擾能力，并且信號采集需選用高精度、高可靠的AD 轉換器，同時(shí)AD 轉換器的基準電壓源要求選用高精度、低漂移的基準電壓源，并且熱電偶信號更需要采用差分信號輸入來(lái)消除熱電偶線(xiàn)路上的大部分共模噪聲，通過(guò)以上合適的電路優(yōu)化設計才能保證熱電偶信號采集精度的要求。

　　2.2 熱電偶信號采集電路的優(yōu)化方法

　　熱電偶信號采集優(yōu)化方案從以下3個(gè)方面考慮：

　　信號調理電路信號前端設計差分低通濾波器和共模濾波器，濾波器可以采用電阻和電容等無(wú)源器件構成，濾波器的截止頻率決定了阻容值的大小，也可以考慮采用有源濾波器，采用低失調、低溫漂的運算放大器構成有源濾波器，并且運算放大器輸入阻抗高，輸出阻抗低，可以提供良好的隔離性能，并可提供所需增益。

　　AD 轉換器選型AD 轉換器宜選用高分辨率、低噪聲、高共模抑制比、帶差分輸入通道、內置可編程增益的AD 轉換器。分辨率越高，采集精度越高，但是器件成本會(huì )增加，采集系統應該根據信號波動(dòng)的最小值來(lái)選擇合適的分辨率。例如熱電偶S 分度，其變化1 ℃最小值是5 μV，則最低有效位LSB必須低于5 μV。

　　AD 轉換器的基準電壓源AD 轉換器的基準電壓源可以選擇內置或者外部單獨接1 個(gè)基準電壓源，基準電壓源要求低溫漂、高精度、低噪聲。內置基準電壓源精度一般，若想更高精度的基準電壓源，則要求選擇外置的電壓源。

　　以AD7793 精確測量熱電偶信號來(lái)舉例說(shuō)明。AD7793 適合高精度測量應用的低功耗、低噪聲、完整模擬前端，內置1 個(gè)低噪聲、帶有3 個(gè)差分模擬輸入的16 位Σ-Δ 型ADC， 它集成了片內低噪聲儀用放大器，并且增益可設置。

　　AD7793 測量熱電偶信號電路如圖2 所示。AD7793 的差分輸入用于消除熱電偶線(xiàn)路上的大部分共模噪聲，組成差分低通濾波器的R1，R2，C2放置在A(yíng)D7793 的前端， 可以消除熱電偶引腳上可能存在的拾取噪聲。R1，R2，C1和C3電容組成共模濾波器，可以提供額外的共模濾波?；鶞孰妷涸催x用ADI公司的AD3425，AD3425 是低成本、低功耗、高精度基準電壓源，具有0.1%的初始精度。

　　當AD7793 配置為單極性工作模式時(shí)， 模擬輸入電壓信號計算公示為式中：AIN為模擬輸入電壓；GAIN 為儀表放大器增益；N 為ADC 的轉換位數；VREF為基準電壓源。

　　顯然，基準電壓有漂移會(huì )影響到熱電偶信號的采集電壓值。轉換位數越大，最低有效位LSB 越小，采集精度就越高， 以基準電壓2500 mV 為準，AD7793 最低有效位LSB 為38.147 μV，若AD 轉換器更換為24 位的AD7792， 最低有效位LSB 為0.149 μV，精度提高了256 倍。