【導讀】熱電偶查找表和數學模型使用 0 °C 的參考結來指定熱電偶輸出電壓。然而，在實踐中，冷端通常不會處於 0°C，並且需要信號調理電子設備來正確解釋輸出電壓。這在熱電偶的上下文中 稱為冷端補償(CJC)。

熱電偶查找表和數學模型使用 0 °C 的參考結來指定熱電偶輸出電壓。然而
，在實踐中，冷端通常不會處於 0°C
，並且需要信號調理電子設備來正確解釋輸出電壓。這在熱電偶的上下文中 稱為冷端補償(CJC)。

在本文中，我們將了解如何使用模擬電路來實現冷端補償。

模擬電路中的冷端補償

模擬冷端補償的基本思想如圖 1 所示。

圖 1. 模擬冷端補償概覽圖。

在圖 1 中
，我們假設熱端、冷端和測量係統分別位於 T h、T c和 T ADC。冷端溫度 (T c ) 由溫度傳感器（通常是半導體傳感器
，有時是熱敏電阻）測量並傳送到“補償器電路”以產生適當的補償電壓項 V comp。該電壓被添加到熱電偶輸出 V therm；因此，ADC 測得的電壓為：

Vout=Vtherm+Vcomp
Vout=Vtherm+Vcomp

從我們之前關於冷端補償的文章中，我們知道 Vcomp等於熱電偶在熱端溫度為 Tc 而冷端溫度為 0°C 時(shi)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)壓(ya)。該(gai)電(dian)壓(ya)可(ke)以(yi)從(cong)熱(re)電(dian)偶(ou)參(can)考(kao)表(biao)或(huo)數(shu)學(xue)模(mo)型(xing)中(zhong)確(que)定(ding)。使(shi)用(yong)模(mo)擬(ni)電(dian)路(lu)實(shi)現(xian)查(zha)找(zhao)表(biao)或(huo)數(shu)學(xue)方(fang)程(cheng)式(shi)可(ke)能(neng)極(ji)具(ju)挑(tiao)戰(zhan)性(xing)。因(yin)此(ci)，對(dui)於(yu)模(mo)擬(ni)設(she)計(ji)
，V comp隻能是實際熱電偶輸出的近似值。

模擬 CJC dianlutongchangshiyongxianxingjinsilaichanshengjiejinshijiredianoushuchudebuchangdianya。gaishuchushikenengde，yinweilengduanwendutongchangzaishiwenfujinxiangduijiaozhaidefanweineibianhua，zheyiweizhexianxingjinsikeyichanshengxiangduizhunquedezhi。zaijiexialaidejijiezhong，womenjiangzhakanyixieshilimoni CJC 圖。

冷端補償示例 1—TMP35 溫度傳感器

圖 2 顯示了模擬冷端補償的示例實現。

圖 2. 模擬冷端補償的實施示例。圖片 [重新創建] 由Analog Devices友情提供

在這種情況下， Analog Devices 的低壓溫度傳感器TMP35用於測量K 型熱電偶的冷端。運算放大器的同相輸入測量熱電偶輸出電壓 V therm加上 TMP35 產生的電壓，該電壓由電阻器 R1 和 R2 (V comp )分壓。翻譯成數學語言，非反相輸入端的電壓 V B由下式給出：

VB=Vtherm+Vcomp

根據冷端補償理論，我們知道 V comp應該等於 0 °C 參考熱電偶輸出的電壓
，當放置在溫度 T c時
，其中 T c通常在室溫附近的窄範圍內。表 1 顯示了 K 型熱電偶在 0 °C 至 50 °C 溫度範圍內的輸出電壓。

表 1.數據由REOTEMP提供。

圖 3 使用上述數據（表 1）繪製了 K 型熱電偶輸出與溫度的關係圖。

圖 3.  K 型熱電偶輸出與溫度的關係圖。 

在這個受限的溫度範圍內
，熱電偶似乎具有相對線性的響應。對於產生這些值的補償器電路
，V comp應具有與所用熱電偶相同的溫度係數
，並通過上述特性曲線中的任意點。您可以從表中的數據驗證 K 型熱電偶的輸出在室溫 (25 °C) 下變化約 41 μV/°C。

TMP35（圖 2 中的節點 A）產生的電壓具有 10 mV/°C 的溫度係數。要將此值降低至 41 μV/°C

，我們需要一個比例因子 41 μV/°C 10 mV/°C = 0.0041。該比例因子是通過由 R1 和 R2 形成的電阻分壓器實現的


，計算如下（公式 1）：

等式 1。

現在 V comp具有與熱電偶相同的溫度係數，我們需要確保它也經過熱電偶特性曲線中的任意點。TMP35 在 25°C 時產生 250mV 的輸出。該值乘以 0.0041（衰減係數）得出 Vcomp =  1.025 mV
，接近表中的理想輸出（25 °C 時為 1 mV）。因此，對於 TMP35

，womenzhixuyaoyigedianzufenyaqijikejiangbandaotiwenduchuanganqidewenduxishutiaozhengweisuocaiyongderedianoudewenduxishu，erwuxupianyizhi。weilejinyibuchanmingzhegetaolun
，rangwomenkanlingyigelizi。

冷端補償示例 2—LM335 溫度傳感器

另一個模擬冷端補償電路如圖 4 所示。

圖 4. 冷端補償的另一個實施示例。圖片 [重新創建] 由TI提供

為了更好地理解這個電路，我們首先忽略圖 4 中的“失調調整”部分，並找出節點 C 處的電壓。在本例中，LM335用於檢測冷端溫度。跨接在 LM335 上的電位器可以在 10 mV/°C 的標稱值下校準傳感器輸出的溫度係數。LM335 的輸出與溫度成正比，傳感器的外推輸出在 0 K (?273.15 °C) 時變為零伏。

該傳感器輸出端的誤差隻是斜率誤差。因此，可以通過傳感器兩端的鍋在任意溫度下通過單點校準來實現傳感器校準。例如，要在 10 mV/°C 下校準傳感器的 TC
，我們可以調整電位器以在 25 °C 時具有 VA = 2.982 V 的輸出電壓
，計算如下：

VA@26°C=10mV/°C×(25+273.15) 2.982V

與我們之前的示例類似，由 R3 和 R4 創建的電阻分壓器將半導體傳感器的 10 mV/°C 溫度係數分壓至所用熱電偶的溫度係數。例如，對於 K 型熱電偶 (41 μV/°C)，我們需要 41 μV/°C 10 mV/°C = 0.0041 的比例因子。因此，我們應該有：

假設 R3 = 200 kΩ，我們得到 R4 = 823 Ω。這確保了 V B 的溫度係數為 41 μV/°C。節點 C 的電壓由公式 2 給出：

等式 2。

為實現冷端補償，V B應具有與所用熱電偶相同的溫度係數
，並通過熱電偶輸出曲線的任意點。在 25 °C 時
，V A  = 2.982 V

，因此 V B = 2.9820.0041 = 12.22 mV。從表 1 可以看出，25°C 時的理想輸出為 1 mV。因此，我們需要從等式 2 中減去 11.22 mV 的直流值以產生適當的補償電壓。這是通過圖 4 中的“偏移調整”部分實現的。

LM329 是一款精密溫度補償 6.9 V 電壓基準。如果我們忽略 R7，電阻 R5 和 R6 將形成一個分壓器。該分壓器應在節點 D 處將 6.9 V 衰減至 11.22 mV。因此


，我們有：

R6R6+R5=11.22mV6.9V=0.0016R6R6+R5=11.22mV6.9V=0.0016

假設 R5 = 200 kΩ，我們得到 R6 = 320 Ω。因此
，電路的總輸出為：

Vout=VC?VD=Vtherm+VB?VDVout=VC?VD=Vtherm+VB?VD

其中 V B -V D是總補償電壓
，並產生輸出電壓與 K 型熱電偶的溫度曲線。圖 4 中的 R7 和 R2 允許我們微調節點 D 的直流電壓並消除電阻值等的任何恒定誤差。在本文中
，我們解釋了模擬冷端補償電路的基礎知識。

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