非接觸式溫度測量

 用于非接觸式溫度測量的熱電堆傳感器是由串聯（ 或偶爾并聯） 的大量熱電偶組成。串聯熱電偶的輸出電壓取決于熱電偶結與基準結之間的溫度差， 該原理稱為塞貝克效應。熱電堆傳感器一般具有較高的阻抗，典型值60kΩ~115kΩ， 輸出電壓相對較小，從幾百微伏（ μV） 到幾毫伏（ mV）。 醫用級耳溫計、額溫槍等設備的最大測量誤差一般要求為±0.2℃ ，運行環境溫度范圍16℃ ~35℃ ，測量溫度顯示范圍35℃ ~42℃ 。對于大多數熱電堆傳感器來說， ±0.2℃ 對應的輸出電壓信號變化一般在14μV~20μV之間， 因此， 熱電堆傳感器的接口放大電路需要高增益和極低的失調與漂移，以避免直流誤差。

LTC855x系列零漂移放大器具有8μV “最大”失調電壓和40nV/℃ “最大”溫漂特性，這對于16℃ 至35℃ 的“最大”應用環境溫度變化僅會產生≤0.76μV的漂移量。由于每個設備上所使用放大器的失調電壓可以在設備出廠前被校準，因此，放大器的溫漂特性對用戶設備的測量精度影響更為重要。LTC855x系列零漂移放大器在16℃ 至35℃ “最大”變化所可能產生的“最大”0.76μV偏移量， 遠低于醫用級±0.2℃ 精度要求所對應的熱電堆傳感器的輸出典型值（ 14μV~20μV）， 這對于提高用戶設備的測量精度尤為重要。

如下圖所示， 本電路是一個完整基于熱電堆傳感器的接口電路， 其采用了LTC8552零漂移放大器。 LTC8552在1 kHz下的電壓噪聲頻譜密度僅為19 nV/√Hz， 遠低于35~40nV/√Hz的熱電堆電壓噪聲密度。 本電路適用于耳溫計、 額溫槍等醫用級體溫測量設備以及工業測溫儀等應用


本電路設計步驟如下。
1. 確定增益電阻R1、 R2的阻值。 為了使用較低值的增益設置電阻以降低反饋至輸出端的電流噪聲， R1阻值一般不易過大， 建議的R1阻值在220?至2k?，本電路選擇R1=1k?。然后，根據放大倍數要求選定R2阻值。該放大電路傳遞函數為： VO = VREF VTP× (1 R2/R1)

2. 在反饋電阻R2上并聯電容C2， 以限制信號帶寬來降低反饋至輸出端的饋通及噪聲。由于測溫電路接近于DC應用， 該電路的帶寬可由R2和C2來限定： fP = 1/(2π× R2× C2)

3. 為了使兩輸入端上的源阻抗及CIN匹配，以使得饋通最小化， IN+輸入端增加R3和對地連接的C3，并且， 應使得R3=R1阻值， C3=C2容值。

4. 為使得放大級之后建立RC濾波以獲得更穩定的輸出信號， 在輸出端連接R4及對地連接的C4。

5. 為更好的利用放大器的線性輸出工作范圍以及利用ADC的滿量程來獲得更高分辨率的信號，通常在IN-端提供一個VREF偏置電壓。 VREF可以采用LDO或基準電壓芯片來產生，也可以通過電阻分壓的方式產生。

通過電阻分壓的方式來獲得VREF雖然成本較低，但是，如果將分壓產生的VREF直接施加在輸入端的電阻上時，流經R1的電流將會分流到分壓電阻上而引起VREF發生變化。 VREF的誤差將對輸出產生影響， 由此會影響到系統測量的準確性（即引起額外的溫度測量偏差）。本電路采用LTC8552的一路放大器來驅動VREF以提高系統測量的準確性