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热电堆温度信号测量电路
来源:薄膜压力传感器压力分布 | 发布时间:2021/7/27 8:37:26 | 浏览次数:

电路示例

本章旨在举例说明热电堆温度信号测量电路。示例与所用热敏电阻(NTC或镍)分开。

热电堆输出信号处理

运算放大器用作具有移位虚拟地(“偏移电压”)的非反相放大器。即使传感器输出电压为负,也需要此附加电压来保持输出电压为正。由于热电堆的输出电压非常低(μV至mV),应根据以下参数仔细选择运算放大器:

 低失调电压,低失调电压漂移

 低泄漏电流,低泄漏电流漂移

 低噪音

注:

此图仅显示基本功能。

这不是一个现成的电路图!

图5:TP放大电路的基本功能

热敏电阻

一个简单的分压器用于测量传感器的温度。由于NTC上的高电阻(100kΩ),测量电流引起的自热对测量精度没有合理的影响。

图6:NTC电路的基本功能

镍电阻式温度检测器(Ni1000)

附加运算放大器用作差分放大器,以实现热敏电阻输出信号的高动态范围。电阻器的选择取决于发生的环境温度和预期的输出电压范围。

图7:Ni RTD电路的基本功能

热电堆传感器

申请说明

TE CONNECTIVITY SENSORS///热电堆传感器10/2018第7页

基准传感器校准

必须校准参考传感器,以达到足够的整体测量精度。无论参考传感器的选择如何,校准过程都以相同的方式进行。

根据所需的性能和参考传感器的公差,需要在一个、两个或三个环境温度下进行校准。这可以在浴缸中进行。

校准前参考传感器测量

在固定校准温度(即25°C)下测量NTC电阻(或其电阻上的电压降)。校准参数根据其参考曲线确定。𝑅𝑇𝑥=𝑅25⋅𝑒𝛽⋅(1.𝑇𝑥−1.𝑇25)

图8:校准前的NTC曲线

图9:校准后的NTC曲线

热电堆测量温度的标定

热电堆输出信号的校准可在以下过程步骤中进行:

 在高温设定点测量热电堆电压,以确定热电堆灵敏度。

 在低温设定点测量热电堆电压,以确定由电子和信号处理链引起的偏移电压。根据精度要求,可以跳过此步骤。

 热电堆电压超温参考曲线必须与测量值相匹配。

测量温度的计算

本章简要介绍了利用热电堆计算物体(测量)温度的算法。

重点是描述

 与环境温度变化有关的热电堆特性的基本事实

 创建“校准和温度补偿传感器”的必要步骤,包括校准本身和可在微控制器中实现的对象温度计算算法

𝑉𝑇𝑃=𝑠⋅𝜀𝑜𝑏𝑗⋅ 𝑇𝑜𝑏𝑗4.−𝛿−𝑇𝑠𝑒𝑛4.−𝛿

热电堆传感器

申请说明

TE CONNECTIVITY SENSORS///热电堆传感器10/2018第8页

命名法

 总磷

热电堆

 托比

物体温度

 曾

传感器温度

 TSEN,参考

校准时参考传感器温度

 三角洲T

δT=TSEN-TSEN,参考

 VTP公司

热电堆电压

 特森

热电堆灵敏度温度系数

 斯孔夫

灵敏度换算系数

 VTP,校正

用SCONV校正热电堆电压

 沃夫

偏移量,即参考曲线(存储在LUT中)和实际VTP(TSEN)之间的电压距离

 VOFFS,TC公司

TCF校正的VOFFS(偏移量)

 TCF公司

TC系数,即TCF=1+δT×TCSENS

 VTP,参考

TSEN处的计算热电堆电压,参考

 VTP,参考,TC

经TCF校正的VTP、REF

 逻辑单元

查表

表4:术语

热电堆特性

右图显示了典型的热电堆输出电压(在本例中为5μm截止滤波器)与物体和环境温度的关系。

在环境温度变化的情况下,有两个重要的影响需要注意:

热电堆探测红外线辐射。这种辐射是传入(来自物体)和传出(来自传感器本身)辐射之间的差别。因此,热电堆的输出电压是

A.如果物体温度>传感器温度,则VTP>0

B如果物体温度<传感器温度,则VTP<0

2.随着环境温度的升高,灵敏度降低。由于材料特性(热电偶材料、薄膜材料)的灵敏度-Vo

 
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