热电偶放大电路图
热电偶用于温度测量电路[总结]
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热电偶用于温度测量电路1.1热电偶工作原理：热电偶是一种感温元件，热电偶由两种不同成份的均质金属导体组成，形成两个热电极端。
温度较高的一端为工作端或热端，温度较低的一端为自由端或冷端，自由端通常处于某个恒定的温度下。
当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在塞贝克电动势—热电动势，这就是所谓的塞贝克效应。
测得热电动势后, 即可知道被测介质的温度。
热电偶温度测量由如图所示三部分组成：⑴ 热电偶⑵ 毫伏测量电路或毫伏测量仪表⑶ 连接热电偶和毫伏测量电路的补偿导线与铜线图1-1热电偶温度测量电路：图1-2原理如图1-2所示，热电偶产生的毫伏信号经放大电路后由VT 端输出。
它可作为A/D 转换接口芯片的模拟量输入。
第1级反相放大电路，根据运算放大器增益公式： 1111012L L O U R U R U ⨯-=⨯-=增益为10。
第2级反相放大电路，根据运算放大器增益公式：11101200561O O O VT U RW R U R RW U V ⨯+-=⨯+-===）（ 增益为20。
总增益为200，由于选用的热电偶测温范围为0～200℃变化，热电动势0～10mV 对应放大电路的输出电压为0～2V 。
A/D 转换接口芯片最好用5G14433，它是三位半双积分A/D ，其最大输入电压为1999mV 和1999V 两档(由输入的基准电压VR 决定)。
我们应选择1999V 档，这样5G14433转换结果(BCD 码)和温度值成一一对应关系。
如读到的BCD 码为01、00、01、05，则温度值为101℃。
因此，用5G14433 A/D 芯片的话，你可以将转换好的A/D 结果(BCD 码)右移一位(除以10)后直接作为温度值显示在显示器上。
如果A/D 转换芯片用ADC0809，则在实验前期，应先做两张表格：一、放大电路的输出电压和温度的对应关系，一一测量并记录下来制成表格；二、ADC0809的转换结果(数字量)和输入的模拟电压一一对应关系记录下来并制成表格，然后将这两张表格综合成温度值和数字值的一一对应关系表存入系统内存中，最后，编制并调试实验程序，程序中将读到的A/D 转换结果(数字量)通过查表转换成温度值在显示器上显示。
op07放大器电路图设计
op07的功能介绍：Op07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。
由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25μV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。
OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为±2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。
特点：超低偏移：150μV最大。
低输入偏置电流：1.8nA 。
低失调电压漂移：0.5μV/℃。
超稳定，时间：2μV/month最大高电源电压范围：±3V至±22V图1 OP07外型图片图2 OP07 管脚图OP07芯片引脚功能说明：1和8为偏置平衡(调零端)，2为反向输入端，3为正向输入端，4接地，5空脚6为输出，7接电源+图3 OP07内部电路图ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS 最大额定值Symbol 符号Parameter参数Value数值Unit单位VCCSupply Voltage 电源电压±22 V VidDifferential Input Voltage差分输入电压±30 V Vi Input Voltage 输入电压±22 VTop er Operating Temperature 工作温度-40 to+105℃Tst g Storage T emperature 贮藏温度-65 to+150℃电气特性虚拟通道连接= ± 15V ，Tamb = 25 ℃（除非另有说明）Sy mbol 符号Parameter 参数及测试条件最小典型最大Unit单位Vio Input Offset Voltage 输入失调电压0℃≤ Tamb ≤ +70℃-61525μVLong Term Input Offset VoltageStability-(note 1) 长期输入偏置电压的稳定性-0.42μV/MoDVi o Input Offset Voltage Drift 输入失调电压漂移-0.51.8μV/℃Iio Input Offset Current输入失调电流0℃≤Tamb≤ +70℃-0.868nADIi o Input Offset Current Drift 输入失调电流漂移-155pA/℃Iib Input Bias Current输入偏置电流0℃≤Tamb ≤ +70℃-1.879nADIi b Input Bias Current Drift 输入偏置电流漂移-155pA/℃RoOpen Loop Output Resistance 开环输出电阻-6- ΩRidDifferential Input Resistance 差分输入电阻-33- MΩRicCommon Mode Input Resistance 共模输入电阻-12- GΩVic m Input Common Mode Voltage Range输入共模电压范围0℃≤ Tamb ≤ +70℃±13±13±13.5- VCM R Common Mode Rejection Ratio (Vi=Vicm min)共模抑制比0℃≤ Tamb ≤+70℃1009712- dBSV R Supply Voltage Rejection Ratio 电源电压抑制比(VCC = ±3to ±18V) 0℃≤Tamb ≤ +70℃908614- dBAv d LargeSignalVoltageGain 大信号电压增益VCC = ±15, RL=2KΩ,VO = ±10V,1204-V/mV 0℃≤ Tamb ≤ +105℃100 -VCC = ±3V, RL =500W,VO = ±0.5V1004-Vo pp OutputVoltageSwing 输出电压摆幅RL = 10KΩ±12±13- VRL= 2kΩ±11.5±12.8RL= 1KΩ±120℃≤Tamb ≤+70℃RL =2KΩ±11 -SR Slew Rate 转换率(RL =2KΩ,CL =100pF)-0.17-V/μSGB P Gain Bandwidth Product 带宽增益(RL=2KΩ,CL = 100pF, f = 100kHz)-0.5-MHzIcc Supply Current -(no load) 电源电流（无负载）0℃≤Tamb ≤+70℃VCC = ±3V-2.70.67561.3mAen EquivalentInput NoiseVoltage等效输入噪声电压f = 10Hz -112nV√Hzf = 100Hz -10.513.5f = 1kHz -111.5in EquivalentInput NoiseCurrent 等效输入噪声电流f = 10Hz -0.3.9PA√Hzf = 100Hz -0.2.3f = 1kHz - 0.1.2图4 输入失调电压调零电路应用电路图：图5 典型的偏置电压试验电路图6 老化电路图7 典型的低频噪声放大电路图8 高速综合放大器图9 选择偏移零电路图10 调整精度放大器图11 高稳定性的热电偶放大器图12 精密绝对值电路。
op07放大器电路图设计
op07的功能介绍：Op07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。
由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25μV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。
OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为±2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。
特点：超低偏移：150μV最大。
低输入偏置电流：1.8nA 。
低失调电压漂移：0.5μV/℃。
超稳定，时间：2μV/month最大高电源电压范围：±3V至±22V图1 OP07外型图片图2 OP07 管脚图OP07芯片引脚功能说明：1和8为偏置平衡(调零端)，2为反向输入端，3为正向输入端，4接地，5空脚6为输出，7接电源+图3 OP07内部电路图ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS 最大额定值Symbol 符号Parameter参数Value数值Unit单位VCCSupply Voltage 电源电压±22 V VidDifferential Input Voltage差分输入电压±30 V Vi Input Voltage 输入电压±22 VTop er Operating Temperature 工作温度-40 to+105℃Tst g Storage T emperature 贮藏温度-65 to+150℃电气特性虚拟通道连接= ± 15V ，Tamb = 25 ℃（除非另有说明）Symbol 符号Parameter 参数及测试条件最小典型最大Unit单位VioInput Offset Voltage 输入失调电压0℃≤ Tamb ≤ +70℃-61525μVLong Term Input Offset VoltageStability-(note 1) 长期输入偏置电压的稳定性-0.42μV/MoDVi o Input Offset Voltage Drift 输入失调电压漂移-0.51.8μV/℃Iio Input Offset Current输入失调电流0℃≤Tamb≤ +70℃-0.86 nA8DIi o Input Offset Current Drift 输入失调电流漂移-155pA/℃Iib Input Bias Current输入偏置电流0℃≤Tamb ≤ +70℃-1.879nADIi b Input Bias Current Drift 输入偏置电流漂移-155pA/℃RoOpen Loop Output Resistance 开环输出电阻-6- ΩRidDifferential Input Resistance 差分输入电阻-33- MΩRicCommon Mode Input Resistance 共模输入电阻-12- GΩVic m Input Common Mode Voltage Range输入共模电压范围0℃≤ Tamb ≤ +70℃±13±13±13.5- VCM R Common Mode Rejection Ratio (Vi=Vicm min)共模抑制比0℃≤ Tamb ≤10012- dB+70℃97 0SV R Supply Voltage Rejection Ratio 电源电压抑制比(VCC = ±3to ±18V) 0℃≤T amb ≤ +70℃908614- dBAv d LargeSignalVoltageGain 大信号电压增益VCC = ±15, RL=2KΩ,VO = ±10V,1204-V/mV 0℃≤ Tamb ≤ +105℃100 -VCC = ±3V, RL =500W,VO = ±0.5V1004-Vo pp OutputVoltageSwing 输出电压摆幅RL = 10KΩ±12±13- VRL= 2kΩ±11.5±12.8RL= 1KΩ±120℃≤Tamb ≤+70℃RL =2KΩ±11 -SR Slew Rate 转换率(RL =2KΩ,CL =100pF)-0.1-V/μS7GB P Gain Bandwidth Product 带宽增益(RL=2KΩ,CL = 100pF, f = 100kHz)-0.5-MHzIcc Supply Current -(no load) 电源电流（无负载）0℃≤Tamb ≤+70℃VCC = ±3V-2.70.67561.3mAen EquivalentInput NoiseVoltage等效输入噪声电压f = 10Hz -112nV√Hzf = 100Hz -10.513.5f = 1kHz -111.5in EquivalentInput NoiseCurrent 等效输入噪声电f = 10Hz -0.3.9PA√Hzf = 100Hz - 0.0流 2 .3f = 1kHz - 0.1.2图4 输入失调电压调零电路应用电路图：图5 典型的偏置电压试验电路图6 老化电路图7 典型的低频噪声放大电路图8 高速综合放大器图9 选择偏移零电路图10 调整精度放大器图11 高稳定性的热电偶放大器图12 精密绝对值电路。
热电偶的基本原理和组成结构
5
铁丝
铜丝
6
0.00
7
0.11
8
-0.11
9
10
热电偶测温原理
• 1.热电效应
两种不同材料的导体组成一个闭合回路时，若 两接点温度不同，则在该回路中会产生电动势。这 种现象称为热电效应，该电动势称为热电势。
11
热电偶回路
热电偶回路产生的热电动势由接触电动势和温差电 动势两部分组成。
12
46
47
热电偶参数分析及选型（例）
在陶瓷产品的烧制过程中，温度的控制极其重要。传统 的陶瓷烧制，会有一个专门的掌火师傅负责整个陶瓷烧制过程 温度的控制。这种掌火师傅往往需要几十年才能培养出一个， 这不仅需要经验的积累，更需要天赋。现代，即使在景德镇， 这种传统掌火师傅已经寥寥无几。现代工艺的陶瓷烧制都是靠 先进的自动化设备来进行控温。这些设备通过测量外炉壁的温 度来能判断炉内温度。陶瓷烧制炉外炉壁的表面温度大概为几 十摄氏度到1000℃之间。 （选择一款热电偶温度传感器测量陶瓷烧制外炉壁表面温 度。）
（0.01～0.1μm）
薄膜热电偶示意图
39
热电偶选型依据
40
热电偶选型依据
热电偶型号如何选定及注意事项 热电偶选型关注点通常为：型号、分度号、防爆等级、 精度等级、装固定形式、保护管材质、长度或插入深度等， 同时，在选型时应注意一下几个方面：
（1）热电偶的测量精度和温度测量范围； （2）热电偶的耐久性及热响应时间； （3）热电偶的使用环境； （4）测量介质的情况； （5）参考相关技术标准要求进行选型；
经济效益好等很多优点。
43
（3）热电偶的使用环境。如果热电偶保护管密
封性能比较好，当然就对这方面不太有要求。一
热电偶补偿电路
热电偶补偿电路热电偶是一种利用热电效应来测量温度的传感器。
在实际应用中，热电偶常常需要与补偿电路配合使用，以提高温度测量的准确性。
本文将介绍热电偶补偿电路的原理、结构和应用。
一、原理热电偶是利用两种不同金属的接触点之间产生的温度差来产生电势差的装置。
当两个接触点的温度不一致时，就会产生热电势差。
这个热电势差与两个接触点之间的温差成正比。
然而，热电偶的测量信号往往非常微弱，同时受到环境温度的影响。
为了提高测量的准确性，需要使用补偿电路对热电偶的信号进行放大和校正。
二、结构热电偶补偿电路的基本结构包括放大电路和校正电路。
放大电路用于放大热电偶产生的微弱信号。
常见的放大电路有差动放大器、运算放大器等。
放大电路的作用是将微弱的热电势差信号放大到适合测量的范围。
校正电路用于对放大后的信号进行校正，消除环境温度对测量结果的影响。
校正电路可以根据热电偶的特性进行设计，使其对环境温度变化的响应趋近于零，从而提高测量的准确性。
三、应用热电偶补偿电路广泛应用于工业自动化控制系统中的温度测量。
例如，在石油化工、电力、冶金等行业中，热电偶补偿电路常用于监测和控制各种设备和工艺的温度。
在实际应用中，热电偶补偿电路需要根据具体的测量要求和环境条件进行设计和调试。
补偿电路的设计要考虑到信号放大的增益、频率响应、温度范围等因素。
同时，还需要根据热电偶的特性和测量要求选择合适的放大器和校正电路。
四、总结热电偶补偿电路是提高热电偶温度测量准确性的重要组成部分。
通过放大热电偶产生的微弱信号并校正环境温度影响，可以得到更准确的温度测量结果。
热电偶补偿电路在工业自动化控制系统中有着广泛的应用。
值得注意的是，热电偶补偿电路的设计和调试需要根据具体的应用场景和要求进行。
合理选择放大电路和校正电路，并进行合适的调试和优化，可以提高温度测量的准确性和稳定性。
热电偶补偿电路在温度测量中起到了重要的作用。
通过合理的设计和调试，可以提高热电偶温度测量的准确性和可靠性，满足工业自动化控制系统对温度测量的要求。
精密仪用放大器INA114原理及应用
精密仪用放大器INA114原理及应用摘要：第一章引言INA114是美国BURR—BROWN公司推出的精密仪用放大器，具有成本低、精度高通用性强等优点，三运放结构设计，减小了尺寸，拓宽了应用范围。
利用一个外部电阻器就可在1—10000范围内进行增益调节，内部输入防护可承受高达±40V的共模电压而不会损坏。
INA114具有低失调电压(50μV)、低漂移μV/︒C)和高共模抑制比(当G = 1000时为115dB )。
能在±低电源情况下工作，也可用5V单电源工作。
静态工作电流最大3mA。
第二章INA114结构原理及特点一、特性1．低失调电压: 最大50μV2．低漂移: 最大μV/︒C3．低输入偏流: 最大2nA4．高共模抑制:最小115dB5．输入过压保护:±40V6．宽电源范围: ±2.25 —±18V7．低静态电流: 最大3mA二、应用1．电桥放大器2．热电偶放大器3．RTD感测放大器4．医用放大器5．数据采集三、结构原理图INA114结构原理图如图1所示：图1 结构原理图1． V IN-(脚2)：信号反向输入端。
该端与信号同相输入端（脚3）构成差分输入。
2． V IN+(脚3)：信号同向输入端。
3．增益调整(脚1、8)：该端接外接增益调整电阻器R G。
4． V O(脚6)：放大器输出端。
5． Ref(脚5)：参考电压输入端，通常接地。
为确保良好的共模抑制，连接必须是低阻抗的，如果一个5 的电阻串接在此脚，将引起共模抑制比典型值下降到80dB（G=1）。
三、工作原理分析1．三运放仪用放大器电路结构仪用放大器的三运放结构，是在差动运放的基础上发展起来的一种比较完善的结构形式，如图2所示，其中，A1、A2为同相放大器，A3为差动放大器，三个运放都具有高输入阻抗、高增益、高共模抑制比、低噪声等特性，且A1、A2性能完全匹配。
图2 三运放仪用放大器电路结构2．工作原理分析(1)当Ui1单独作用，即Ui2 = 0时：Ui2 = 0， UN = 0(2)当U i2单独作用(Ui1= 0)时：Ui1 = 0， UM = 0(3)当Ui1、Ui2同时作用时：当满足电阻匹配条件，即 R5 = R4 , R7 = R6 , R3 = R2时，输出电压为：选择R2～R6=R ，则增益为：因此，INA114的增益为： GR k G Ω+=501 i1121o1U R R R U +='i113o2U R R U -='i2121o2U R R R U +=''i212o1U R R U -=''o1o1o1U U U '''=+122i1i211R R RU U R R +=-o2o2o2U U U '''=+133i2i111R R RU U R R +=-6o o2o14()R U U U R =-6123i2i114()()R R R R U U R R ++=-121)(413216R RR R R R R R G +=++=其中，R是外接电阻器，50k 是内部两个反馈电阻值的和。
热电偶温度变送器的基本组成和工作原理
热电偶温度变送器的基本组成和工作原理
热电偶温度变送器是一种在温度测量中常见的传感器。
它是将热电偶
温度检测器的测量信号转换为标准信号输出，以便于记录、处理、控
制等操作的装置。
下面我们将会详细介绍热电偶温度变送器的基本组
成和工作原理。
一、基本组成
1. 外壳：是由金属材料制成，可以抵御振动和恶劣环境下的物理干扰。
2. 热电偶传感器：是转换和输出温度信号的灵敏元件。
3. 动态补偿器：可以解决温差带来的误差。
4. 放大电路：输入热电偶发出的微小信号，并将其转换为标准信号输出。
5. 标准化输出电路：可以将放大电路的信号转换成多种信号形式输出，如4~20mA电流信号，0-5V、0-10V电压信号等。
二、工作原理
热电偶温度变送器的工作原理是基于热电效应的。
热电偶传感器由两
种不同金属制成，或者是两种不同合金；这些材料又称为热电偶电极。
当两个电极相接时，当地温度的差异将造成两电极之间的电势差，这
就是热电效应。
一旦热电偶传感器检测到温度变化信号后，动态补偿器会消除温度差
带来的误差，然后将它们的信号传递给放大器。
放大器将每个信号放
大并转换为一个标准信号，例如4-20mA，后者可以被大多数控制室设备扫描和记录。
标准信号移动到输出电路中，使用户能够读取实时温度信息。
总之，热电偶温度变送器通过最小化热电偶结点处温度差来确保温度测量的精度和可靠性，从而为工业加热、液位、流量等自动化过程控制提供了重要的保障和支持。
热电偶如何测量放大电路
器，它的输入阻抗高，易于与各种信号源匹配， 而它的输入失调电压和输入失调电流及输入偏 置电流小，并且温漂较小。由于时间温漂小，因 而测量放大器的稳定性好。由三运放组成测量放 大器，差动输入端 R1 和 R2 分别接到 A1 和 A2 的 同相端。输入阻抗很高，采用对称电路结构，而
信号的精密放大等。OP-07 要求双电源供电，使 用温度范围 0～70℃，一般不需调零，如果需要 调零可采用 RW 进行调整。A3 采用 741 芯片，它 要求双电源供电，供电范围为±(3～ 18)V，典型供电为±15V，一般应大于或 等于±5V，其内部含有补偿电容，不需外
小的时候，家长常常会拿你和别家的孩子比较，不管你是什么样子的，总有一个别
且被测信号直接加到输入端，从而保证了较强的 抑制共模信号的能力。A3 实际上是一差动跟随 器，耐磨热电偶、其增益近似为 1。测量放大器 的 放 大 倍 数 为 ： AV=V0/ （ V2-V1 ）， AV=RF/R(1+(Rf1+Rf2)/RW)。在此电路中，只要 运放 A1 和 A2 性能对称(主要指输入阻抗和电压
小的时候，家长常常会拿你和别家的孩子比较，不管你是什么样子的，ca1 热电偶
增益)，其漂移将大大减小，具有高输入阻抗和 共模抑制比，对微小的差模电压很敏感，适宜于 测量远距离传输过来的信号，因而十分易于与微 小输出的传感器配合使用。 RW 是用来调整放大倍 数的外接电阻，在此用多圈电位器。
热电偶的应用
+
t
e
R1
R3 I1
R2
U
I2 R4
I
RCM
R5
-
+
5.测量电路 多个热电偶使用时有串联和并联
之分，串联可提高测量灵敏度，并联 用于测平均温度。
1）测某一点的温度：有冷端在仪 表的内外之分；在内精度高但所需热 电偶较长，价格高，适用于测低温且 精度要求高的场合。
2）测两点间的温差
为此，采取每10℃分一段，800～1500℃ 之间共分70段，在每一段中取各段中点的热 电势率K作为各段诸点热电热率的平均值。
该近似修正方法误差小，不超过放大电路和 A/D转换等环节所产生的误差。热电偶温度 检测与放大电路如下图。
R1
R2
R3
VI
R4
5 ICL7650 4
R5
Vo1 R6
3
Vo2
R7 UA741
6.介绍应用实例 盐浴炉温度控制系统用S型热电偶
检测温度信号，有冷端补偿，温度信 号通过放大、采样保持、模数转换再 送单片机保存，采用分段查表法获取 各点温度。选用可控硅过零触发自动 控制盐浴炉温度，控制周期为2s。可 按预设温度曲线进行加热，并可实时 显示加温曲线。
1）系统总体方案 本系统采用晶闸管调功实现盐浴炉的温 度控制，即通过控制晶闸管导通与关断的 周波数比率，从而达到调功的目的。晶闸 管的触发由单片机控制，通过单片机编程 可方便地实现按预定温度曲线进行加热。
4）电桥补偿法 热电偶的电势与温度为非线性关系；
而电阻与温度的关系是线性的，故是近似关 系。补偿原理见下图：图中R1与R2阻值远 大于其它电阻，使桥路具有恒流性质，并使 I1=I2=0.5mA；因此，其输出电压：
热电偶传感器电路设计研究.docx
摘要本文以活塞发动机的气缸头温度的检测为例，详细介绍型热电偶传感器的工作原理。
在此基础上，本文给出了硬件电路设计，并建立了传感器数学模型。
通过试验证实，本文所提出的热电偶传感器调理电路可以满足使用要求。
关键词热电偶;气缸头温度;5901绪论气缸头温度是活塞发动机的重要工作参数，飞机在各种状态下气缸头温度都必须保持在合理的范围内如果气缸头温度过高，将导致气缸缸体损坏，致使发动机停车，严重危及飞机的飞行安全;如果气缸头温度过低，将导致飞机发动机动力不足。
本文利用型热电偶传感器来检测气缸头温度。
2气缸头温度检测要求实际使用中，针对气缸头温度信号的检测，通常要求如下1传感器输出信号传感器类型型热电偶;信号类型随温度缓慢变化的弱电压信号;信号阻抗20Ω～20Ω;引线类型两线制连接;信号范围－3．11～27．15;2解算后输出参数数字量－50℃～350℃;3允许误差常温±4℃，高低温±6℃。
3热电偶传感器机理分析热电偶是利用热电效应进行工作的测温元件，由两种不同导体半导体材料与串联组成的闭合电路。
若两个结点处于不同的温度和0，且＞0，则回路中就会有热电势产生，0。
其中、为热电极，温度为的结点成为热端，温度为0的结点称为冷端。
试验证明，热电势，0的大小只与两种导体材料的性质和结点温度有关，而与导体材料、的中间温度无关。
若导体、材料选定，且冷端温度0=0℃，则热电势，0为热端的单值函数［1］。
因此，在冷端温度恒定的情况下，只要得到传感器输出的热电势，0，就可确定被测量温度。
图1为传感器检测连接图。
4硬件电路设计4．1总体设计产品中气缸头温度的检测电路包括信号调理电路与数字处理电路。
其中调理电路包括热电偶的信号调理和其冷端温度信号的调理。
系统框图见图2所示。
4．2调理电路设计及误差计算调理电路由匹配电路及放大电路组成。
在电路设计中，传感器输出的是毫伏级信号，经放大电路放大输出。
电路有断偶测试设计，可在断偶时保证输入输出稳定可靠。
热电偶采样电路
热电偶采样电路1. 简介热电偶是一种常用的温度传感器，利用热电效应测量温度。
热电偶采样电路是将热电偶的输出信号转换为电压信号的电路。
本文将详细介绍热电偶采样电路的原理、设计和应用。
2. 原理热电偶的工作原理是基于两种不同金属的热电效应。
当两种金属连接在一起时，形成了热电偶回路。
当两个连接点之间存在温度差时，热电偶回路中会产生一个电动势，即热电势。
热电势的大小与温度差成正比。
热电偶的输出信号是微弱的电压信号，通常在几微伏到几毫伏的量级。
为了能够测量和处理这个微弱的信号，需要使用热电偶采样电路进行放大和滤波。
3. 设计热电偶采样电路的设计需要考虑以下几个方面：3.1 放大电路由于热电偶的输出信号较小，需要使用放大电路将其放大到适合测量和处理的范围。
常用的放大电路包括差分放大器和运算放大器。
差分放大器可以放大热电偶的微弱信号，并抵消噪声的干扰。
运算放大器可以提供高放大倍数和低输入阻抗。
3.2 滤波电路热电偶的输出信号中可能存在噪声和干扰，需要使用滤波电路进行滤波处理。
常用的滤波电路包括低通滤波器和带通滤波器。
低通滤波器可以去除高频噪声，带通滤波器可以选择特定频率范围内的信号。
3.3 温度补偿热电偶的输出信号受环境温度的影响，为了减小温度对测量结果的影响，需要进行温度补偿。
常用的温度补偿方法包括冷端补偿和冷焊点补偿。
冷端补偿是通过测量冷端温度并进行补偿，冷焊点补偿是通过将参考焊点与冷端焊点相连并进行补偿。
3.4 输出电路热电偶采样电路的输出可以是模拟信号或数字信号。
模拟输出可以直接连接到模拟输入设备进行测量和处理。
数字输出可以通过模数转换器将模拟信号转换为数字信号，然后通过数字接口传输给计算机或其他数字设备进行处理。
4. 应用热电偶采样电路广泛应用于各种温度测量和控制系统中。
以下是几个常见的应用场景：4.1 工业自动化热电偶采样电路可以用于工业自动化系统中的温度测量和控制。
例如，在炉温控制系统中，热电偶采样电路可以测量炉内温度，并通过控制器控制加热元件的功率，以实现温度的稳定控制。
运算放大器 电路的输出电阻
运算放大器电路的输出电阻运算放大器是一个放大直流微弱电压的电子线路而且是唯一能稳定地进行直流放大的电路。
本章为了能让读者具体地领会运算放大器的基本用法用一些与传感器相结合并具有代表性的电路进行说明。
另外还从如何利用运算放大器输出的角度举例说明了继电器驱动方法。
对于交流放大通过一个电路例子对频率特性的影响因子SR进行了说明。
3.1反相放大电路高温测量 3.1.1将温度变化转换成电信号如图3.1所示将异种金属线相接让连接产生温度差就会有电压产生。
这种现象叫塞贝克效应。
例如使用铜线和铁线就可以产生电压。
使用塞贝克效应的温度传感器称为热电偶。
热电偶由于能测量高达1500○C的高温被广泛地用于工业传感器。
铜和康铜镍铜合金热电偶的特性如图3.1所示100○C的温度差可产生4mV左右的电压。
所以这种微小电压如果通过运算放大器放大后所得到的信号就可以更方便地使用。
3.1.2放大倍数为100倍的反相放大器图3.2是在第1章1.61.8节说明过的反相放大器。
将负反馈电阻的值代入下式可求得放大倍数。
放大倍数ARf/Ra100/1100倍如图3.2所示的热电偶温度传感器每1○C 的温度差产生0.04mV左右的电压。
所以由温度变化带来的这样微小的电压变化用一般的电压表是测量不出来的。
现在市场上销售的测试器中电压标度为50mV 的很多。
如果放大倍数为100200倍的话用这样的测试器测量就足够了。
运算放大器的放大倍数由负反馈电阻之间的比值关系决定。
假设Ra1kΩRf1000kΩ则放大倍数为1000倍。
但是放大倍数设得过高会使电路工作不稳定所以为了安全起见初学者最好将它设在200倍左右。
另外要想得到准确的放大倍数Ra和Rf必须使用精度高的电阻。
3.1.3反相放大器的输入电阻反相放大器的放大倍数由负反馈电阻的Ra和Rf的比值决定。
如果电阻Ra的值取得很小Rf的值取得很大则放大倍数当然就会很大。
但是如果Rf太大电路会工作得很不稳定最好取1000kΩ以内。
热电偶简介
第一节 温度测量的基本概念
一、温度测量 的基本概念
温度标志着物 质内部大量分子 无规则运动的剧 烈程度。温度越 高，表示物体内 部分子热运动越 剧烈。
模拟图：在一个密闭的空间里，气体分 子在高温时的运动速度比低温时快！
二、温标
1、温度的数值表示方法称为温标。它规定 了温度的读数的起点（即零点）以及温度的单 位。各类温度计的刻度均由温标确定。
哪一种热电偶 的灵敏度较低？
哪几种热电偶 的线性较差？
为什么所有的曲线均过原点（零度点）？
热电偶的分度表
——热电偶的线性较差，多数情况下采用查表法
我国从1991年开始采用国际计量委员会规定 的“1990年国际温标”（简称ITS-90）的新标 准。按此标准，制定了相应的分度表，并且有 相应的线性化集成电路与之对应。
结论：
热电势大致与两个结点的温差ΔT或Δt 成正比
从实验到理论得到有关热电效应的结论
如果用两盏酒精灯同时加热两个结点， 指南针的偏转角反而减小。这又说明什 么结？论：
指南针的偏转说明回路中有电动势产生并有 电流在回路中流动。
热电流的强弱与两个结点的温差有关，而不 是与单一的一端结点的温度成正比。
热电偶的种类及结构
第九章 热电偶传感器
在这一章里，卡卡要给大家介绍有关温度、 温标、测温方法等一些基本概念和方法，着 重介绍热电偶传感器的原理、分类、特性及 其应用。
热电偶传感器属于自发电型传感器。
开尔文是英国著名的物理学家。一百 多年前，他建立了热力学温度标度，也 称为绝对温标。它的零度，即物质世界 可能的最低温度，相当于摄氏零下273 度，称为绝对零度。
3、各温区中的热电势均符合国际计 量委员会的标准。
第二节 热电偶的工作原理及分类
MAX6675的原理及应用
-41-M AX6675的原理及应用南京大学物理系虞致国徐健健Princi p le and A pp lication of Chi p MAX6675Y u Zhi g uoXu Jian j ian摘要:M AX6675是美国M AXIM 公司生产的带有冷端补偿、线性校正、热电偶断线检测的串行K 型热电偶模数转换器,它的温度分辨能力为0.25℃,冷端补偿范围为-20～+80℃,工作电压为3.0～5.5V 。
文中介绍了M AX6675的功能特点、引脚排列及工作时序,给出了M AX6675与89C51的接口电路与编程设计方法。
关键词:M AX6675;AT 89C51;K 型热电偶;模数转换分类号:T N79+2文献标识码:B文章编号:1006-6977(2002)12-0041-02在工业温度测控场合,K 型热电偶因其线性度好,价格便宜,测量范围宽而得到广泛的使用;但它往往需要冷端补偿,且电路较复杂,调试麻烦。
而M AXIM 公司生产的K 型热电偶串行模数转换器M AX6675不但可将模拟信号转换成12bit 对应的数字量,而且自带冷端补偿。
其温度分辨能力达0.25℃,可以满足绝大多数工业应用场合。
M AX6675采用SO -8封装,体积小,可靠性好。
1引脚排列及内部结构M AX6675芯片的引脚排列如图1所示,各引脚的功能如下:T-:热电偶负极(使用时接地);T+:热电偶正极;SCK:串行时钟输入;CS:片选信号;SO :串行数据输出;V CC :电源端;G ND :接地端;N.C.:悬空,不用。
M AX6675的内部结构如图2所示,它主要由热电偶模拟信号放大电路、冷端补偿信号产生电路、A/D 转换器以及数字控制电路等组成。
2工作原理及功能特点根据热电偶测温原理,热电偶的输出热电势不仅与测量端的温度有关,而且与冷端的温度有关,在以往的应用中,有很多种冷端补偿方法,如冷端冰点法或电桥补偿法等,但调试都比较麻烦。
热电偶测温电路的设计与仿真
0 引言热电偶是一种常用的测温器件，具有测量精度高、测温范围广（温度范围为-200℃～1600℃）、性能稳定、结构简单，直接将温度转换成电压的特性，尤其在工业测温领域中占有重要地位[1,2]。
本文使用K 型热电偶测量0～500℃的温度，通过测量电路对热电偶产生的电压信号进行处理，并且利用Proteus 软件对于整个测温电路进行设计和仿真。
1 热电偶测温电路的结构图1 热电偶测温电路的框图如图1所示，整个测温电路由K 型热电偶温度传感器、冷端温度补偿电路、电压放大电路及其失调电压补偿电路等四部分组成。
温度传感器使用热电势相对较大、适用于测量中高温度的K 型热电偶。
当热电偶的冷端温度不为零时，使用LM35集成温度传感器补偿冷端温度的偏差电压。
运算放大器OP07对热电偶产生的热电势进行放大，并对OP07自身固有的输入失调电压的误差进行补偿、调零。
2 热电偶测温原理[3]热电偶由两种不同的金属A 和B 构成。
当A 和B 两个接触点温度不同时，闭合回路中产生热电势。
在实际工程中，根据热电偶回路产生的热电势大小，查热电偶的分度表（温度与热电势之间的关系表），获得被测的热端温度。
当热电偶的冷端温度不为零时，可以采用冷端温度补偿法，利用修正后的热电势查分度表获得被测的热端温度。
冷端温度补偿表达式为00AB AB n AB n E t E t t E t =+(,)(,)(,)(1)式中，E AB (t,0)为热电偶的热端温度和冷端温度分别为t，0℃的热电势，E AB (t,t n )为热电偶的热端温度和冷端温度分别为t，t n 的热电势，E AB (t n ,0)为热电偶的热端温度和冷端温度分别为t n ,0℃的热电势。
3 测温电路3.1 冷端温度补偿电路LM35集成温度传感器是一种电压输出型温度传感器，可用于热电偶测温电路的冷端温度补偿[1,4]。
在-50℃～150℃measurement circuit is realized using Proteus software. The results show that the circuit desing is easy and the precision of temperature measurement is high.Key word ：K type thermocouple ；temperature compensation ； offset voltage compensation基金项目：辽宁省2018年度高等教育内涵发展—转型与创新创业教育项目（辽教函[2018]394号）；大连理工大学城市学院2017年度教研立项(JXYJ2017008)。
温度变送器
• 热电偶温度变送器
预备知识： 预备知识：热电偶测温原理 将两种材质不同的导体或半导体，一端绞 接一端开路就构成热电偶。 当热端和冷端存在温差时，冷端将产生 一个mV级的温差热电势E(t，t0)
E (t , t0 )
+ -
冷E (t ,0) − E (t0 ,0)
E(t，0)：热电偶在热端温度为t，冷端温度为 0摄氏度时的温差热电势 热端 E(t0，0)：热电偶在热端温度为t0，冷端温度为 0摄氏度时的温差热电势 t （被测温度）
热电偶外形
热电偶芯
常用热电偶类型的特点与应用范围
几种常用的我国标准型热电偶
热电势
温度 K分度热电偶热电特性曲线 分度热电偶热电特性曲线
热电阻温度变送器的功能： 热电阻温度变送器的功能： 将温度信号（电阻）转换为4－ 将温度信号（电阻）转换为 －20mA标准信号。 标准信号
电流
20mA
4mA
xmin
xmax 温度℃
热电阻温度变送器所需解决的技术问题： 热电阻温度变送器所需解决的技术问题：
1)热电阻的温度－阻值特性也存在较大的非线性，也需解决线 1)热电阻的温度－阻值特性也存在较大的非线性，也需解决线 热电阻的温度 解决 性化的问题 的问题。 性化的问题。 2)由于热电阻是用阻值来表示温度的大小， 2)由于热电阻是用阻值来表示温度的大小，而连接导线也有一 由于热电阻是用阻值来表示温度的大小 定的阻值，热电阻温度变送器必须克服导线电阻的影响。 定的阻值，热电阻温度变送器必须克服导线电阻的影响。
1.热电偶特性曲线的线性化处理： 热电偶特性曲线的线性化处理： 热电偶特性曲线的线性化处理
方法：分段近似线性化（折线化处理）。
Io
k型热电偶adc采样电路
k型热电偶adc采样电路热电偶是一种常用的温度传感器，广泛应用于工业自动化、航空航天、医疗设备等领域。
在温度测量中，热电偶的使用频率非常高，因为它具有响应速度快、测量范围广、结构简单等优点。
而K型热电偶是热电偶中最常见的一种，在实际应用中得到了广泛的应用。
在热电偶的应用领域中，ADC采样电路是至关重要的一环。
ADC（模数转换器）作为将模拟信号转换为数字信号的关键环节，直接影响着热电偶测量的准确性和稳定性。
因此，针对K型热电偶ADC采样电路的研究具有十分重要的意义。
对于K型热电偶ADC采样电路的研究，首先需要明确K型热电偶的特性。
K型热电偶是由镍铬合金和镍铝合金组成，其工作温度范围广，抗氧化性能好，精度高。
然而，K型热电偶的工作原理决定了其输出信号微弱，需要经过放大化处理才能得到准确的测量结果。
基于以上特性，设计一套适用于K型热电偶的ADC采样电路显得尤为重要。
首先，我们可以选择适合K型热电偶信号特性的放大电路，对信号进行放大处理。
其次，ADC采样电路需要具有较高的分辨率和采样速率，以确保对K型热电偶输出信号的准确捕获。
此外，为了提高整个系统的稳定性和抗干扰能力，还需要考虑滤波电路的设计。
在实际设计过程中，我们可以采用一些先进的电路设计工具，如仿真软件进行验证。
通过对K型热电偶ADC采样电路进行仿真分析，可以更好地理解电路的工作原理，找出其中存在的问题并进行优化。
在保证电路性能的同时，还可以降低实际调试的成本和时间。
另外，对于K型热电偶ADC采样电路的稳定性和可靠性也需要进行充分考虑。
在实际工业环境中，电路可能会受到温度、振动、电磁干扰等多方面的影响，因此需要具有较强的抗干扰能力。
在电路设计中，可以采取一些措施，如增加滤波电路、优化接地设计、提高电路的抗干扰能力等。
总的来说，K型热电偶ADC采样电路的设计是一个综合性的工程问题，需要结合热电偶特性、放大电路设计、ADC采样电路设计、稳定性优化等多个方面因素。
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热电偶放大电路图
图3－47是热电偶放大电路。
电路中，LTC2053是仪用放大器，它为低功率仪器产品提供了一个极好的平台，例如，电池供电的热电偶放大电路等。
由于采用了与开关电容的组合以及零漂移运算放大器的工艺，因此，LTC2053的输入偏移电压最大为10μV，共模抑制比CMRR和电源抑制比PSRR达到116dB。
最理想的工作电源采用低电压到llV 的单电源或±5V的双电源，另外，由于消耗电流非常低，典型值为85μpA，因此，应用于电池供电的放大器非常理想。
调节R1、RP1和R2可方便对电路增益进行编程。
作为热电偶放大器必须满足一些特殊要求，通常采用的K型热电偶的灵敏度为μ℃，而电路的输出一般要求为lOmV／℃，因此，要选用额定增益为246的精密放大器。
另外，热电偶一般容易受到工业环境中电子噪声的影晌，因此，仪用放大器允许输入不同的电压有助于消除由于共模噪声引起的误差。
为了避免出故障，采取的保护措施是不能让热电偶无意识地接触到瞬变电源或高电压，但保护措施不能兼顾到精度。
LTC2053有满足这些要求的补偿特性，它在任何引脚上都可以承受10mA的故障电流，因此，在不损坏集成芯片的情况下，10kΩ（R4和R5）保护电阻允许承受±100V故障电压。
本模块包括电压式温度传感器TMP35和K型热电偶。
其中热电偶的工作原理是根据热端和冷端的温度差而产生电势差。
由于实际测量时，冷端的温度往往不是O℃，所以要对热电偶进行温度补偿。
热电偶温度补偿公式如下：
E(t，0)=E(t，t0)+E(t0，0)
其中，E(t0，0)是实际测量的电动势，t代表热端温度，t0代表冷端温度，0代表O℃。
在现场温度测量中，由于热电偶冷端温度一般不为O℃，而是在一定范围内变化着，因此测得的热电势为E(t，t0)。
如果要测得真实的被测温度所对应的热电势
E(t，0)，就必须补偿冷端不是0℃所需的补偿电势 E(t0，0)，而且，该补偿电势随冷端温度变化的特性必须与热电偶的热电特性相一致，这样才能获得最佳补偿效果。
图2所示是一个温度补偿电路的原理图。
图中，温度传感器TMP35很好的完成了温度补偿工作，TMP35输出的电压先经电阻分压，再经放大器放大，就是K型热电偶对应的E(t0，O)。
查看原图（大图）
2 系统软件设计
发射板的软件设计主要包括以C8051F020的主控制模块程序和以Atmegal6为中心的无线发射模块程序。
主控程序模块主要完成温度采集、数据处理、向无线发射模块发送数据以及测试温度数据的保存、和上位机的通讯等。
无线发射程序模块主要负责对CC1000的初始化，在等待状态时接收 C805lF020的数据包，并通过CC1000发送。
电路中LTC1025对热电偶进行温度补偿，确保在各种环境条件下温度的测量精度，并要靠近热电偶的节点安装，以便对温度进行最佳的跟踪。
LTC1025对不同的环境温度输出相应的电压，输出灵敏度为10mV／℃，因此，0℃时输出电压为lOmV，室温（25℃）时输出250mV。
测量探头温度相应的电压是补偿电压和被放大的热电偶电压之和，补偿电路的输出端与LTC2053的REF（5脚）输入端连接的所有这一切都要加上这两种电压。
对于这种电路结构，考虑的仅是校正的电压必需能供出或吸收反馈电阻中电流。
由于，LTC1025只供出电流，因此，可采用缓冲器LTC2050驱动REF，LTC2050是一种零漂移的运算放大器。
采用单电源的缺点是，对于有效的输出探头和放大器单元的温度都必须超过0℃。
若需要对负温度进行调节的话，可采用简单的充电泵变换器，例如LTC1046构成负电源。
在常规的线性电源应用中，只要所有热电偶都连接上而LTC1025进行热跟踪，可以采用单个LTCl025和缓冲放大器去修正LTC2053热电偶放大器的不同通道。
由于LTC2053工作于采样的输入信号，因此，感兴趣的频率一般低于几百Hz，这样，在反馈电路中增设μF电容C1就可以加速放大器的响应。
接在热电偶输入网络的电容C2和C3有助于吸收射频干扰及抑制在热电偶探头出现的采样干扰。
接在热电偶中的电阻R6～R9提供高阻抗偏置，这样在探头无电压降的情况下使其抗干扰性达到最大。
短的热电偶使共模信号最小，探头节点可以接地。
的稳压管VD1构成电源保护电路，即防止电源出现过电压以及6V电池的极性接反，R3是限流电阻。