Reem Malik

AD8494/AD8495/AD8496/AD8497熱電偶放大器為測量熱電偶溫度提供了一種簡單、低成本的解決方案。這些放大器簡化了測量熱電偶的許多困難。固定增益儀表放大器放大小熱電偶電壓，集成溫度傳感器執行冷端補償。

AD849x經過優化，可測量和放大J型和K型熱電偶信號，實現5 mV/°C線性響應，從而

其中TMJ是熱電偶測量結處的溫度。

AD849x輸出在表2所列的整個測量和環境溫度范圍內精度在1°C以內 本應用筆記介紹了使用AD849x在規定范圍之外工作或測量溫度之外時實現更高精度的方法。

熱電偶非線性

熱電偶產生的電壓本質上是非線性的。例如，J型熱電偶在52°C時變化25 μV/°C，在55°C時變化150 μV/°C。 K型熱電偶的線性度往往要高得多，當溫度高于41°C時，溫度保持在0μV/°C附近。 熱電偶對溫度梯度的電壓響應可以用大于六階多項式來描述（見圖1）。

圖1.塞貝克熱電偶系數與溫度的關系

AD849x線性放大（冷端補償熱電偶信號。這意味著輸出信號與來自熱電偶的輸入信號一樣是d）非線性的。

在該溫度范圍內，應用可能需要比熱電偶直接提供的更好的非線性度（意味著更高的精度）。在這種情況下，需要對熱電偶測量進行線性化或校正。

熱電偶測量是否需要線性化取決于所選熱電偶的類型、所需的系統精度和被測溫度范圍。熱電偶信號的非線性得到了很好的研究，并且對于特定的熱電偶類型是恒定的。因此，測量系統可以對其進行補償。

AD849x 熱電偶非線性補償

雖然AD849x不能主動校正熱電偶非線性，但放大器經過精密調整，以匹配J型和K型熱電偶的傳輸特性。這意味著AD849x通過選擇熱電偶曲線的特定部分并對該部分執行線性最佳擬合來補償非線性，以產生5 mV°/C輸出。

表1顯示了所選的溫度范圍，導致熱電偶非線性誤差小于±2°C。 圖2以圖形方式顯示了非線性誤差。

圖2.AD849x熱電偶非線性引起的輸出誤差

AD849x系列中的每個器件都經過精密調整，以優化特定熱電偶類型以及特定測量和環境溫度范圍的線性工作范圍。對以下三個參數進行微調，以最小誤差實現5 mV/°C輸出：

放大器增益

放大器的失調（0°C時的誤差電壓在125°C時達到25 mV）

溫度傳感器/冷端補償器的比例因子

熱電偶電壓，VTC，是熱電偶類型的函數，測量結溫（T美杰）和參考結溫（TRJ).

以下傳遞函數可用于確定AD849x測量的實際熱電偶電壓（各器件的具體值見表2）。

其中：
CJC是冷端補償比例因子。
VOFFSET是0°C時的誤差電壓，在125°C時達到25 mV。
VREF是用戶輸入電壓。
增益是放大器的增益。

線性校正算法

熱電偶非線性通常由數字域中的微控制器進行校正。可以使用兩種校正算法之一。

AD849x輸出查找表

第一種方法是使用表3，其中列出了理想AD849x輸出電壓與具有指定結溫的J型和K型熱電偶的溫度的函數關系。

例如，室溫（8495°C）下的AD25將接地基準電壓引腳連接到K型熱電偶，輸出1 V，使用5 mV/°C傳遞函數時，1 V表示200°C。 為了獲得更高的精度，用戶必須計算對應于1 V輸出的溫度，如下所示：

表3顯示，測量結溫為200°C時，AD8495的實際輸出為0.999 V，測量結溫為220°C時，實際輸出為1.097 V。

這兩點之間的線性外推得出200 V時2.1°C的答案。

NIST熱電電壓查找表

第二種方法是使用以下等式，其中 T美杰是熱電偶測量結處的溫度，f美國國家情報防護系統是基于標準查找表或美國國家標準與技術研究院發布的方程的毫伏-溫度函數。

回想一下，VTC ∝ TMJ ? TRJ，這樣

中間溫度的輸出值可以使用AD849x輸出方程和NIST熱電電壓表（以0°C為參考）進行插值或計算。

AD8494的公式如下：

AD8495的公式如下：

AD8496的公式如下：

AD8497的公式如下：

使用與第一種方法相同的示例（室溫下的AD8495，接地基準電壓引腳連接到讀數為1 V的K型熱電偶），校正過程如下：

查閱標準K型熱電偶表表明，在200°C的測量結溫下，熱電偶的熱電電壓為8.138 mV，在201°C的測量結溫下，熱電電壓為8.178 mV。

線性外推得出的最終答案為 200.5°C。

審核編輯：郭婷