通過兩種不同的單芯片熱電偶放大器解決方案了解熱電偶信號調理和熱電偶非線性：AD849x系列和LT1025。

的輸出 熱電偶 是一種小電壓，通常每°C變化數十微伏。 這種低電平信號需要大量放大，然后才能被典型的ADC數字化。此外，熱電偶輸出應補償來自非零冷端溫度。在上一篇文章中，我們研究了 熱電偶信號調理電路。

本文概述了兩種不同的單片熱電偶解決方案： AD849x系列 和 LT1025.本系列的下一篇文章將繼續討論，并概述MAX6675.

單芯片熱電偶放大器—AD849x示例

接下來，我們來看一下圖1所示AD849x的功能框圖。

圖1. AD849x框圖圖片由 ADI公司

該器件包括一個低失調、固定增益 儀表放大器 以及內置冷端補償 （CJC）
電路。該系列中的每個器件均針對J型或K型熱電偶進行了工廠校準。AD849x可以直接將熱電偶的小輸出轉換為變化為5 mV/°C的高電平信號。

以下公式可用于求熱結溫度（T美杰） 的熱電偶：

等式 1.

其中 VREF 是 REF 引腳上的電壓。例如，如果AD8494產生250 mV和V的輸出VREF =0，熱端在50°C。

熱電偶信號調理：IC和冷端處于相同溫度

使用單片熱電偶解決方案時應考慮的一個一般要求是，這些器件應放置在靠近熱電偶的冷端附近（圖2）。

圖2. 顯示AD849x結路口的示意圖。 圖片由 ADI公司

熱電偶信號調理器使用集成的溫度傳感器進行CJC。這 溫度傳感器

實際上測量芯片溫度而不是熱電偶的冷端。因此，為了更準確地測量冷端溫度，信號調理器應靠近冷端。這應該不難，特別是對于AD849x等采用3.2 mm×3.2

mm×1.2 mm封裝的信號調理器。

AD849x封裝與冷端之間的任何溫差在最終測量值處都表現為溫度誤差。除了在AD849x和冷端之間使用短走線外，最大限度地降低IC的功耗以避免在PCB上產生溫度梯度也很重要。這就引出了關于熱電偶信號調理器的另一個重要點：這些器件通常只從電源吸收少量電流，以盡量減少自發熱效應。例如，AD849x的電流消耗為180

μA。如果需要，AD849x可為負載提供超過±5 mA的電流;然而，提供大量輸出電流會導致溫度梯度，并在我們的測量中引入誤差。

AD849x的非線性誤差

雖然熱電偶表現出非線性輸入-輸出特性，但公式1表明AD849x的輸出是熱結溫度的線性函數。需要注意的是，AD849x線性放大（冷結補償）熱電偶信號。因此，放大后的輸出實際上與熱電偶信號一樣非線性。因此，公式1給出的線性函數僅近似于系統的實際非線性響應。

雖然AD849x不會主動校正熱電偶非線性，但它是基于目標溫度范圍內的傳感器特性曲線線性模型設計的。換句話說，一條“最適合”的直線

所支持傳感器的非線性特性（Link 200）

用于對內部放大器進行工廠校準。這最大限度地減少了公式1提供的線性模型的非線性誤差。在規定的溫度范圍內，該方程預測的值的線性誤差應小于±2°C。

下表給出了該系列每個部分的溫度范圍。

表 1. 使用的數據由以下機構提供 ADI公司

AD849x ±2 °C精度溫度范圍

部分熱電偶類型 最大誤差環境溫度范圍測量溫度范圍

AD8494J±2°C0°C 至 50°C-35°C 至 +95°C

AD8495K±2°C0°C 至 50°C-25°C 至 +400°C

AD8496J±2°C25°C 至 100°C+55°C 至 +565°C

AD8497K±2°C25°C 至 100°C-25°C 至 +295°C

請注意，該系列中的每個器件都經過預調整，以匹配J型或K型熱電偶的特性。 本應用說明
討論了可顯著改善AD849x線性度的算法。 圖3顯示了AD8495的非線性誤差，以及采用和不使用校正算法的參考設計的非線性誤差。

圖4. AD8495的非線性誤差曲線圖。 圖片由 ADI公司

在這種情況下，線性度改進算法將誤差降低到±0.5°C以下。

AD849x基準電壓源（REF）引腳功能

當熱電偶的測量（或熱）結的溫度低于其參考（或冷）結時，會產生負電壓。 因此，如果需要測量負溫度，應考慮可以處理負電壓的信號調理電路。 顯而易見的解決方案是使用采用雙電源供電的放大器。 即使系統設計為采用單電源供電，AD849x也可以解決這個問題。 為此，我們可以通過向基準引腳（REF）施加適當的正電壓來對輸出進行電平轉換。 在這種情況下，當測量結處于負溫度時，輸出將低于VREF（公式1）。 當我們需要對輸出進行電平轉換以匹配信號鏈中后續電路的輸入范圍時，REF引腳也很有用。

另一個單片式熱電偶示例解決方案 — LT1025

凌力爾特的 LT1025
是另一種用于冷結補償的單片式解決方案。 雖然AD849x同時包含一個內部放大器和一個CJC電路，但LT1025僅產生冷結補償電壓。 該IC的功能框圖如圖5所示。

圖5. LT1025 的框圖。 圖片由 凌力爾特

該器件檢測封裝溫度并產生10 mV/°C緩沖輸出。 然后將該電壓施加到電阻分壓器，以產生適用于不同類型熱電偶的輸出。 如您所見，LT1025 支持
E、J、K、T、R 和 S 型熱電偶。 要了解模擬CJC電路背后的理論， 請參考這篇文章。

使用示例放大器探索熱電偶應用

圖6顯示了如何使用該器件操作K型熱電偶。

圖6. K型熱電偶的操作示意圖。 圖片由 凌力爾特。

這 LTKA0x 是專為熱電偶應用設計的放大器。 它具有低失調（《 35 μV）和漂移（《1.5 μV/°C）。 此外，其偏置電流也非常低（《1
nA），這使我們能夠在放大器輸入端包含具有相對較大電阻（在10至100 kΩ范圍內）的濾波器，而不會產生明顯的失調和漂移效應。

與AD849x不同，LT1025解決方案將放大器和冷結補償模塊分開。 這有助于最大限度地降低CJC芯片的功耗，從而最大限度地減少自發熱效應。 LT1025僅需80
μA電流，遠低于AD849x的180 μA電流。 由于電流消耗很小，當電源電壓低于10V時，LT1025的內部溫升不到0.1 °C。

解決熱電偶非線性問題

如果您熟悉 CJC 電路，那么 LT1025背后的理論對您來說應該相對簡單; 但是，另一個值得更多解釋的功能是“弓形校正電壓”模塊。 該模塊在溫度傳感器產生的10mV/°C電壓上增加了一個非線性項。 添加該非線性項是為了解決CJC電路中的熱電偶非線性誤差。 基本的CJC電路嘗試將直線擬合到熱電偶特性曲線上，并使用該最佳擬合線在冷結溫度范圍內再現熱電偶輸出。 然而，LT1025的輸出由兩個不同的項組成：一個與溫度成比例的線性項，加上一個與溫度偏差與 25 °C 平方成正比的二次項。 理想情況下，LT1025 應實現以下公式：

T 表示溫度

選擇 \\（\\beta\\） 值是為了減小 LT1025
所有熱電偶輸出中的非線性誤差。 請注意，此二次項試圖改進CJC電路中使用的熱電偶模型。 換句話說，它降低了CJC電路的非線性誤差，但不能補償熱電偶本身的非線性誤差。

現在您已經熟悉了AD849x和LT1025的一些重要特性，建議您查看這些器件的數據手冊。 在這里，您可以找到有關這些產品更具體用例的其他詳細信息和各種有用的電路圖。