温度是测量最频繁的物理参数。不过，温度测量技巧却被严重误会，平日会导致高度不精确或无意义的数据。本应用标记旨在澄凌晨分布见误会，并供给一些有趣和实用的电路解决筹划。

温度传感器技巧

今朝最常用的电子温度测量器件包含热电偶、电阻式温度检测器(RTD)、热敏电阻和集成电路温度传感器。这些器件各有相干应用优势和局限，如表1所述。

表1. 传感器比较

热电偶特点


4. 调节ROFFSET，直至输出读数为320mV。
热电偶是应用最广泛的仪器仪表温度传感器。是以，(美国)国度标准局(NBS)已经广泛表征各类金属组合，即J型(铁-康铜)、K型(镍铬-镍铝)、E型(镍铬-康铜)和T型(铜-康铜)。热电偶质量包含固有精度、宽温度范围、快速热响应、耐用性、低成本、可反复性和应用多功能性。除广泛应用外，热电偶也是误会最多的温度传感器。冷结补偿、塞贝克系数、等温连接或模块等等术语已经搅得很多用户晕头转向。本应用标记说清楚明了这些术语，并供给信息来赞助读者精确、轻松地测量温度。

热电偶环路

两根异质金属导线两端相连便构成根本的热电偶环路(拜见图1a)。此环路产生的电压与两结点间的温度差别成正比。因为热电偶根本上是差分温度测量器件，测量单一温度时须要得知结点之一(基准结点)的温度。热电偶应用者依附各类技巧来肯定鹤芄播基准或“冷”结温度。

图1a. 热电偶环路

冰点基准


所有热电偶(如NBS表格所列)的电压输出以0℃为基准。这意味着仅在基准结点保持在0℃时热电偶两端的电压才对应于测量结点的温度。这可以用图1b所示的冰点单位和“冰池”来完成。不幸的是，这些办法愚蠢、昂贵，仅在实验室情况可行。在量产情况中，将基准结点保持在0℃不切实际。
图1b. 冰点基准

中心金属轨则

实际操作中，为了避免明显基准结点（如图1a所示），实施等效于根本热电偶环路的直接连接（拜见图1c）。根据中心金属轨则，只要连接具有雷同温度，连接到热电殴现不合金属的第三种金属（大年夜多半情况为铜）对输出电压无任何影响。
图1c. “借居”基准结点

实用热电偶测量
4. 用所需灵敏度除以平均热电偶灵敏度：(1)结不雅 ÷ (3)计算值。此值即为AD594/AD595的新增益(GNEW)。如不雅计算过程无误，结不雅应无量纲。

在量产情况中，可对基准结点形成的电压进行冰点补偿。这可以借助向热电偶环路增长电压的电路来完成，电压等于基准结点电压但偏向相反（拜见图1d）。

引脚9、10以及10、11间的补偿电容可最大年夜程度地降低热电偶所拾取的高频袈潆声的放大年夜。图6所示值袈溱60Hz下提英国沃森WSEN进口传感器供零值，但会增长电路响应时光。
图1d. 冷结补偿

AD594/AD595恰是包含此功能的器件。框图和根本连接如图2所示。内部冰点补偿模块监控基准结点温度，并在内部乞降结点为热电偶环路增长恰当的电压。此净电压接着放大年夜至10mV/℃的标称输出。AD594经工厂校准用于J型热电偶，而AD595设置用于K型。

图2. AD594/AD595框图

塞贝克系数

热电偶的塞贝克系数定义为给定温度下热电压相对于温度的变更速度，平日用μV/℃表示。热电偶非线性表示为此系数随温度的变更。图3供给了各类热电偶的塞贝克系数曲线图。

图3. 塞贝克系数与温度的关系

热电偶类型

一般用于区分热电偶类型的两个特点是灵敏度和操作温度范围。图4中的曲线图针对某些常见金属组号绫氰述上述特点。
固然经工厂校准用于疗养J型热电偶，应用简单的外部调节，AD594也可疗养E型热电偶，如AD594/AD595数据手册中所示。校准用于K型热电偶的AD595也可直接连接到T型热电偶，且附加误差小于0.2℃。

图4. 热电偶输出与温度的关系

应用AD594/AD595优化机能

用AD594或AD595实现完全额定精度须要遵守以下设计原则：

1. 冷结误差

AD594/AD595采取片内冷结补偿。为使此功能发患咀用，器件必须保持在与热电偶冷睫鸬铂的温度下。避免其他元件或热源直接接触AD594/AD595，不然散热可能导致冷结补偿相干误差。(AD594/AD595仅接收160μA静态电源电流；这可以最大年夜程度地削减自热相干误差。)

2. 电路板构造

图5所示的印刷电路板连接构造(具有可选校准电阻)在冷结与AD594/AD595间供给了热均衡。这里器件与电路板在引脚1和14下经由过程铜印刷电路板走线进行热接触。基准结点现由铜-康铜(或铜-镍铝)连接和铜-铁(或铜-镍铬)连接构成，两者均保持在与AD594/AD595雷同的温度下。
图5. PCB连接

3. 焊接

为确保安然焊接并将I × R压降降至最低，应在焊接前干净热电偶导线以清除氧化。非腐化性焊剂对于铁、康铜、镍铬和镍铝及以下焊料有效：95%锡-5%锑、95%锡-5%银或90%锡-10%铅。

4. 接地考量

AD594/AD595输入级的晶体管须要偏置电流大年夜热电偶输入流至地面。如不雅未供给此路径，这些电流将迫使输入级中断，导致输出端出现缺点读数。为供给返回路径，应应用直接接地连接。

为避免接地线路中的I × R压降，所有接地点应直接连接到中心点。结合0.1μF电容的100Ω电阻可过滤掉落电源线路汕９依υ波温柔态尖峰。
图6. 经由过程滤波、补偿和接地削减误差

扩大情况温度误差计算

AD594/AD595的额定情况工作温度范围为0至50℃，以便将热电偶非线性(变更塞贝克系数)相干误差降至最小，并优化25℃情况的精度。AD594/AD595冰点补偿电压为线性，且匹配热电偶输出在0至50℃范围内的最佳拟合直线。在此范围以外，热电偶与补偿电压间的误差会越来越明显。这意味着固然AD594/AD595在额定温度范围以外可以正常工作，但可能无法保持在额定温度稳定性误差限制内。表II供给了与商用、工业、和扩大情况工作温度范围相干的最大年夜计算误差列表。情况温度指的是器件和基准结点。测量结点可处于热电偶额定限制内的任何温度。

表II. 各类情况温度下的最大年夜计算误差

可选调剂筹划

图7中的电路将AD594/AD595的残留校准误差归零。经由过程向-T(引脚5)注入对应于大年夜约-3℃掉调的电流，15MΩ登浊蟹保掉调为负。调剂登基器(RCAL)许可向+T(引脚3)注入均衡电流，大年夜而将“强迫”负掉调调剂至零值。应用此电路，可以经由过程单次单向调剂将任何校准误差归零。

图7. 校准误差调节

华氏输出

图8说清楚明了许可用户直接攫取10mV/°F电压输出的电路。温标转换公式：

华氏度= (9/5)(摄氏度)+ 32
完全实施于硬件中。注入引脚3的200nA/℃电流产生32°F掉调，同时输出端电阻收集将增益增长9/5。

为了校准输出：

1. 移除热电偶，向引脚1和14输入10mV p-p、100Hz的交换旌旗灯号。(应用交换鼓励，增益和掉调调节互相自力。)
2. 针对3.481V(AD594)或4.451V(AD595)的峰峰值输出调节RGAIN。
3. 将0°C冰池或冰点单位内的热电偶从新连接到引脚1和14。

电路概念
在热电偶处于0℃时进行调剂，AD594/AD595华氏输出的幻想传递函数为：

5. 将噪声降至最小
AD594输出=(J型电压 + 919μV)× 348.12
AD595输出=(K型电压 + 719μV) × 445.14。

图8. °C至°F转换

直接平均温度

平均温度可直接用单个AD594/AD595来测量，器件设备如图9所示。此电路的输出等于(T1+T2 + T3+ ... TN)/N(单位为°C)乘以标称10mV/℃。无论并联连接任何数量的热电偶-电隔绝，AD594/AD595仍可供给精确的冷结补偿。300Ω串联电阻可将热电偶歧路间的轮回电流降至最低。温度低于/高于均值瓯，这些电阻将给热电偶带来正/负均衡压降。该电路也可为温度梯度明显的物体生成精确平侵掠数。

图9. 测量平均温度

温度多路复竽暌姑

多路复竽暌姑热电偶旌旗灯号可将较大年夜温度测量数据采集体系(拜见图10)所需的AD594/AD595数量减至起码。此技巧也有另一重要功能：将多个基准结点连接大年夜端子板组件转换至AD594/AD595上的单一结点。

经由过程在AD594/AD595下方放置热电偶(热触点内)并返回等温连接器，可以有效地清除在等温模块生成的基准结点电压。对于给定的多路复竽暌姑器ON地位，康铜(镍铝)-铜结点与铜-康铜(镍铝)结点串联地构成相等但偏向相反的电压。也就是说，因为模块等温，V1 = V2。类似的逻辑可应用于铁(镍铬)-铜结点。

因为这些清除办法，AD594/AD595内置的冷结补偿器如今恐怖偿IC正下方的热电偶。是以，端子板可位于任何长途地位。不过，AD594/ AD595和连接的热电偶应保持在0至50℃范围内。

应用AD7502，可经由过程单个AD594/AD595监控4个温度(AD7507许可监控8个温度)。热电偶导线约有一半可经由过程应用单端多路复竽暌姑器清除，不过体系将更易受共模噪声影响。

图10. 多路复竽暌姑热电偶

掉调和改变增益

图11所示电路起两种感化：1)许可用户向AD594/AD595添加掉调以转换输出，大年夜而在任何温度下攫取到0 V(即克制零)，以及2)改变AD594/AD595增益，产生不合的输出灵敏度(热电偶每度变更的输出电压变更)。

图11. 零克制和灵敏度变更

转换输出以在非0℃温度下攫取0 V经由过程向反馈电阻(引脚8)施加掉调电压(大年夜而施加于右侧放大年夜器连接到乞降节点的负输入)便可实现。

掉调电压(摘自AD594/AD595数据手册中的表I输出列)将零电压输出改换为施加电压的等效温度。灵敏度可经由过程用较大年夜/较小外部登浊小代内部反馈电阻来进步/降低。枷⒚鹇反馈电阻值的一种办法是：

1. 决定所需输出灵敏度(单位为mV/℃)。
2. 决定温度范围T1至T2。
3. 在该温度范围上寂娼均热电偶灵敏度；(Vε1 - Vε2)/(T1- T2)。

5. 测量实际反馈电阻(引脚8至引脚5)。
6.
留意：AD595应用247.3代替193.4。
7. 新反馈电阻REXTERNAL = (GNEW~1)(RINTERNAL) =((4)结不雅-1)((6)结不雅)

应用该技巧，可以用5 V电源和100mV/℃输出测量300至330℃的温度范围，大年夜0 V输出、300℃开端。可应用4.1V齐纳二极管和电阻分压器克制零值。

电流模式传输

当在高噪声情况下发送旌旗灯号时，最好传输电流而不是电压。图12显示的是发送AD594/AD595输出旌旗灯号作为电流，然后在控制点将电流转换回电压的办法。

图12. 长途温度测量

此电路中，引脚9的反馈电榨取使RSENS两端的电压等于热电偶电压。精确选择RSENS(AD594为5.11Ω，AD595为4.02Ω)便可生成10μA/℃电流。因为RSENSE两端电压等于热电偶电压，基准结点电压涌如今AD594/AD595输入两端。放大年夜器+ A驱动2N2222晶体管的基极，大年夜而将输出电压转换为电流。
因为160μA静态电流流经RSENS，不会产生任何误差。然而，这意味着可测量的最小温度为16℃。电路精度取决于初始AD594/AD595校准误差以及RSENS与测量点上1 kΩ电流至电压转换电阻间的匹配。(end)