热电偶应用选择合适的仪表放大器

热电偶应用选择合适的仪表放大器
热电偶的多功能性、宽泛的工作温度范围和低成本使其成为富有吸引力的温度测量解决方案，但是它们的低输出电压和远端使用方式常常使温度测量复杂化。通过了解典型的测量缺陷，工程师们在为热电偶设计挑选仪表放大器时可以做出更好的选择。热电偶的温度是通过测量两种异金属接合点所产生的电压来得出的。这个电压被称为Seebeck电压，对于K型热电偶来说，温度每变化1℃，该电压就改变40微伏。这个小输入信号如果与仪表放大器的偏移及增益误差处于同一个数量级，那么就可能丢失。在整个温度范围内对偏移及增益进行校准是困难的，所以仪表放大器必须具有低偏移漂移和低增益漂移。 

为了说明低偏移漂移的重要性，我们来看看用K型热电偶测量一个油库温度梯度的情况。对于一个具有8微伏/℃的偏移漂移特性的放大器来说，周围环境温度改变20℃就可能引起一个4℃的测量误差。不幸的是，该偏移漂移无法与正常的测量信号分开。 “零漂移”仪表放大器采用自动归零或斩波技术以使偏移漂移*小化，因而很适合用于热电偶测量。*先进的器件目前提供10微伏的超低偏移和50纳伏/℃的偏移漂移特性。这个漂移比J型热电偶产生的51微伏/℃的Seebeck电压低三个数量级。 

不幸的是，增益漂移无法与测量信号区分开来。它很隐蔽，因为200或200以上的增益常常用于热电偶测量。增益设定方法决定了增益漂移受控的严格程度。放大器增益一般由以下三种方式之一来设定：采用匹配的内部电阻；匹配的外部电阻；一个外部电阻与一个或多个内部电阻共同设定一个比率。*后一种方法的增益漂移将是*高的，因为外部电阻的温度系数无法和内部电阻的相匹配。 

靠选择内部电阻来改变增益的放大器或是那些允许用户提供外部匹配电阻的放大器具有低得多的增益漂移。因而，可以通过选择由匹配电阻设定增益的仪表放大器来使增益漂移*小化。共模电压是一个经常被忽略的因素。被测对象可能被放置在与仪器相隔几米的地方。不幸的是，长长的热电偶导线拾取了不需要的信号。例如，来自电机线圈的互感可能在一个热电偶上产生高达5V的共模电压。仪表放大器必须能够适应这种大的共模输入电压摆幅。