熱電偶溫度傳感器測(cè)量電路一般用單片機(jī)作為信號(hào)處理的核心,，由三大部分組成：(1)冷端補(bǔ)償電路,；(2)測(cè)量放大電路,；(3)A/D轉(zhuǎn)換電路等,，這些電路設(shè)計(jì)的好壞與經(jīng)濟(jì)性,，直接決定了測(cè)量電路的測(cè)量精度和性?xún)r(jià)比,。

1,、熱電偶及其冷端補(bǔ)償

可根據(jù)測(cè)量溫度高低來(lái)選擇,，選用賤金屬型熱電偶，以降低成本,。如鐵—康銅型熱電偶,，被測(cè)溫度范圍可達(dá)-100～1100℃，冷端補(bǔ)償采用補(bǔ)償電橋法,，采用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢(shì)來(lái)補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢(shì)變化值,。不平衡電橋由電阻R1、R2,、R3（錳銅絲繞制）,、Rcu（銅絲繞制）四橋臂和橋路穩(wěn)壓源組成，串聯(lián)在熱電偶回路中,。Rcu與熱電偶冷端同處于±0℃,而R1=R2=R3=1Ω,，橋路電源電壓為4V，由穩(wěn)壓電源供電,，Rs為限流電阻,，其阻值因熱電偶不同而不同，電橋通常取在20℃時(shí)平衡,，這時(shí)電橋的四個(gè)橋臂電阻R1=R2=R3=Rcu,，a、b端無(wú)輸出,。當(dāng)冷端溫度偏離20℃時(shí),，例如升高時(shí)，Rcu增大,，而熱電偶的熱電勢(shì)卻隨著冷端溫度的升高而減小,。Uab與熱電勢(shì)減小量相等，Uab與熱電勢(shì)迭加后輸出電勢(shì)則保持不變,，從而達(dá)到了冷端補(bǔ)償?shù)淖詣?dòng)完成,。

圖1 熱電偶信號(hào)的采集及基本放大電路

2、測(cè)量放大電路及其芯片選擇

熱電偶溫度傳感器輸出的信號(hào)最多不過(guò)幾十毫伏（<30mV）,，且其中包含工頻,、靜電和磁偶合等共模干擾，對(duì)這種電路放大就需要放大電路具有很高的共模抑制比以及高增益,、低噪聲和高輸入阻抗,，因此宜采用測(cè)量放大電路。測(cè)量放大器又稱(chēng)數(shù)據(jù)放大器,、儀表放大器和橋路放大器,，它的輸入阻抗高，易于與各種信號(hào)源匹配,，而它的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流及輸入偏置電流小,，并且溫漂較小,。由于時(shí)間溫漂小，因而測(cè)量放大器的穩(wěn)定性好,。由三運(yùn)放組成測(cè)量放大器,，差動(dòng)輸入端R1和R2分別接到A1和A2的同相端。輸入阻抗很高,，采用對(duì)稱(chēng)電路結(jié)構(gòu),，而且被測(cè)信號(hào)直接加到輸入端，從而保證了較強(qiáng)的抑制共模信號(hào)的能力,。A3實(shí)際上是一差動(dòng)跟隨器,，其增益近似為1。測(cè)量放大器的放大倍數(shù)為：AV=V0/（V2-V1）,，AV=Rf/R[1+(Rf1+Rf2)/RW],。在此電路中，只要運(yùn)放A1和A2性能對(duì)稱(chēng)(主要指輸入阻抗和電壓增益),，其漂移將大大減小,，具有高輸入阻抗和共模抑制比，對(duì)微小的差模電壓很敏感,，適宜于測(cè)量遠(yuǎn)距離傳輸過(guò)來(lái)的信號(hào),，因而十分易于與微小輸出的傳感器配合使用。RW是用來(lái)調(diào)整放大倍數(shù)的外接電阻,，在此用多圈電位器,。

實(shí)際電路中A1,、A2采用低漂移高精度運(yùn)放OP-07芯片,，其輸入失調(diào)電壓溫漂αVIOS和輸入失調(diào)電流溫漂αIIOS都很小，OP-07采用超高工藝和“齊納微調(diào)”技術(shù),，使其VIOS,、IIOS、αVIOS和αIIOS都很小,，廣泛應(yīng)用于穩(wěn)定積分,、精密加法、比校檢波和微弱信號(hào)的精密放大等,。OP-07要求雙電源供電,，使用溫度范圍0～70℃，一般不需調(diào)零,，如果需要調(diào)零可采用RW進(jìn)行調(diào)整,。A3也采用OP-07芯片，它要求雙電源供電,，供電范圍為±(3～18)V,，典型供電為±15V,，一般應(yīng)大于或等于±5V，其內(nèi)部含有補(bǔ)償電容,，不需外接補(bǔ)償電容,。

3、A/D(模數(shù))轉(zhuǎn)換電路

經(jīng)過(guò)測(cè)量放大器放大后的電壓信號(hào),，其電壓范圍為0～5V,，此信號(hào)為模擬信號(hào)，計(jì)算機(jī)無(wú)法接受,，故必須進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,。實(shí)際電路中，選用ICL7109芯片,。ICL7109是一種高精度,、低噪聲、低漂移,、價(jià)格低廉的雙積分型12位A/D轉(zhuǎn)換器,。由于目前12位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器價(jià)格較高，因此在要求速度不太高的場(chǎng)合,，如用于稱(chēng)重測(cè)壓力,、測(cè)溫度等各種傳感器信號(hào)的高精度測(cè)量系統(tǒng)中時(shí)，可采用廉價(jià)的雙積分式12位A/D轉(zhuǎn)換器ICL7109,。ICL7109主要有如下特性：(1)高精度(精確到1/212=1/4096),；(2)低噪聲(典型值為15μVP-P)；(3)低漂移(<1μV/℃),；(4)高輸入阻抗(典型值1012Ω),；(5)低功耗(<20mW)；(6)轉(zhuǎn)換速度最快達(dá)30次/秒,，當(dāng)采用3.58MHz晶振作振源時(shí),，速度為7.5次/秒；(7)片內(nèi)帶有振蕩器,，外部可接晶振或RC電路以組成不同頻率的時(shí)鐘電路,；(8)12位二進(jìn)制輸出，同時(shí)還有一位極性位和一位溢出位輸出,；(9)輸出與TTL兼容,，以字節(jié)方式(分高低字節(jié))三態(tài)輸出，并且具有VART掛鉤方式,，可以用簡(jiǎn)單的并行或串行口接到微處理系統(tǒng),；(10)可用RVNHOLD(運(yùn)行/保持)和STATUS(狀態(tài))信號(hào)監(jiān)視和控制轉(zhuǎn)換定時(shí)；(11)所有輸入端都有抗靜電保護(hù)電路,。

ICL7109內(nèi)部有一個(gè)14位(12位數(shù)據(jù)和一位極性,、一位溢出)的鎖存器和一個(gè)14位的三態(tài)輸出寄存器,，同時(shí)可以很方便地與各種微處理器直接連接，而無(wú)需外部加額外的鎖存器,。ICL7109有兩種接口方式,，一種是直接接口，另一種是掛鉤接口,。在直接接口方式中,，當(dāng)ICL7109轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，由STATUS發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束指令到單片機(jī),，單片機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)分高位字節(jié)和低位字節(jié)進(jìn)行讀數(shù),。在掛鉤接口方式時(shí)，ICL7109提供工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)交換模式,，適用于遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),。