【技術(shù)分享】如何提高多路熱電偶測(cè)量的通道一致性

多路熱電偶測(cè)溫容易遇到通道精度的一致性問(wèn)題，主要原因是冷端的溫度不一致性。本文分析該問(wèn)題，并推薦相應(yīng)的電路解決方案。

??熱電偶冷端的實(shí)際位置

熱電偶是一種溫差元件，如下圖1，它的輸出信號(hào)是兩個(gè)線(xiàn)端之間的電壓差：a(TA1-TA2)-?b(TB1-TB2)。由于熱源處是一個(gè)點(diǎn)，TA1和TB1相等，可記為T(mén)H。若室溫處的兩個(gè)線(xiàn)端A2和B2?的溫度TA2和TB2也相等，記為T(mén)C。則熱電偶兩個(gè)線(xiàn)端之間的電壓差，簡(jiǎn)化為(a- b)*(TH-TC)，對(duì)于特定的兩種金屬，可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化為VTC=α(TH-TC)。

圖1

如果熱電偶兩個(gè)線(xiàn)端溫度不相等，則以上簡(jiǎn)化不成立，將出現(xiàn)額外的偏差。因此，熱電偶的兩個(gè)線(xiàn)端需要保持在同一溫度，保持等溫。在等溫環(huán)境，兩個(gè)線(xiàn)端與第三種金屬（例如：銅質(zhì)接線(xiàn)端子的螺絲）相連接位置才是實(shí)際冷端的所在位置，而不是接線(xiàn)端子在PCB上的焊盤(pán)位置。

??多通道時(shí)冷端溫度的一致性問(wèn)題

接線(xiàn)端子的螺絲或簧片通常處在PCB表面之外的空氣中，當(dāng)多個(gè)通道時(shí)，由于空氣流動(dòng)和附近熱源的影響，就會(huì)難以保證各個(gè)接線(xiàn)端子的螺絲或簧片處于等溫狀態(tài)，使得各通道的冷端環(huán)境溫度存在差異。常規(guī)的熱電偶測(cè)量電路，冷端測(cè)溫元件放在單個(gè)通道接線(xiàn)端子附近（如下圖2）會(huì)顧及不到各通道的冷端溫度差異，導(dǎo)致各通道的測(cè)量精度出現(xiàn)偏差。

圖2

冷端溫度的一致性是可以通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改善，例如：使用導(dǎo)熱良好的金屬塊與各通道冷端位置靠近，使得各通道的冷端溫度接近于相等；設(shè)計(jì)密封的接線(xiàn)盒，隔開(kāi)熱源的熱傳導(dǎo)，使得內(nèi)部溫度保持均勻相等。但是這些方式不但增加了結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)及裝配，還增加設(shè)計(jì)復(fù)雜度和成本。

??推薦的測(cè)量方案

在不增加結(jié)構(gòu)件的情況下，我們可以通過(guò)增加冷端測(cè)溫元件的數(shù)量來(lái)提高各通道測(cè)量精度的一致性。推薦ZLG致遠(yuǎn)電子ZAM6218A八通道熱電偶測(cè)溫模塊，內(nèi)部集成24位ADC、信號(hào)調(diào)理電路、以及數(shù)據(jù)處理代碼，直接輸出以"℃"為單位的溫度數(shù)據(jù)。其冷端測(cè)量采用測(cè)溫芯片，提供兩路I2C和冷端芯片通訊，提供兩種冷端芯片可選，最多能讀取八個(gè)冷端芯片的數(shù)據(jù)，如下圖3。ZAM6218A的冷端測(cè)溫芯片可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求與熱電偶測(cè)溫通道組合配置，例如每個(gè)熱電偶測(cè)溫通道可配置一顆冷端測(cè)溫芯片，也可兩個(gè)、四個(gè)、六個(gè)、八個(gè)熱電偶測(cè)溫通道配置一顆冷端測(cè)溫芯片。

圖3

ZAM6218A電路部分測(cè)量精度0.02%±0.1℃，搭配可選的冷端芯片，可實(shí)現(xiàn)0.2℃以?xún)?nèi)的測(cè)量通道精度一致性。ZAM6218A還提供了評(píng)估套件，如下圖4。通過(guò)該評(píng)估套件，基于ZAM6218A模塊可以快速搭建出高通道精度一致性的熱電偶測(cè)量電路。

圖4