各位朋友大家好，我是钳工。之前写过挺多期热电阻了，本期写另外一个测温元器件 — 热电偶。热电偶的使用范围很广泛，如电厂生产过程中的主蒸汽温度、过热器管壁温度、烟气高温等。其具有具有性能稳定、测温高、结构简单、使用方便、容易维护和体积小等优点。本期就和大家家分享一下热电偶的原理，在使用热电偶的时候需要注意什么，以及电路如何设计。
塞贝克效应和热电偶
1820 年，托马斯·约翰·塞贝克 (Thomas Johann Seebeck) 发现，加热金属棒的一端时，在整根金属棒上都会产生电压（称为塞贝克电压）。该电压随温度而变化，并根据金属棒所用的金属类型而不同。通过在温度检测结点处联接具有不同塞贝克电压的不同金属，可产生热电偶电压 (VTC)。
那么基于塞贝克效应，用于构造热电偶的所有不同金属都会显示出塞贝克效应引起的电压变化，但可使用几种特定组合来制作热电偶。比较常用的是以下的这几种热电偶。每种热电偶类型都会指定一个字母来表示所使用的两种金属。例如常用的J型热电偶就是铁和康铜组成的结点，其中铁是正极，康铜是负极（注意哦，是区分正负极的），一般热电偶的两根引线会有两种不同的颜色进行区分。通过下表我们也可以看出，不同的热电偶材料，测温范围包括产生的热电势也不一样。
硬件工程师使用热电偶需要注意什么？
在我们日常电路开发测试调试的时候，有时候会遇到一些测量需求，例如要测产品在高温环境下内部MOSFET的表面温度，那么这个时候就需要我们使用热电偶粘到MOSFET上然后再通过热电偶温度采集仪去测试，就可以观察温升曲线了。那么我们硬件工程师使用热电偶的时候需要注意什么呢？
1. 注意热电偶的极性。这一点很多初次使用的小伙伴容易犯迷糊，不知道极性的可以问公司的老师傅。这个极性主要是表现在连接到热电偶采集仪的接线端子，要按照极性接，如果接错了会导致数据异常。
2. 注意热电偶的类型。例如使用的是K型的热电偶，在热电偶采集仪上选择的热电偶类型就要是K型。因为每种热电偶的塞贝克电压不一样，如果选错类型那么势必会导致最终温度测量异常。
3. 注意热电偶产生的热电势是第一个接触结点。不要扭成麻花制造多个节点，后面的节点都会被第一个节点短路。假设如果把最后一个节点贴到被测设备上，那测的也是第一个节点。
4. 粘热电偶前先提前测好热电偶通断。在将热电偶贴到被测设备之前先提前拿万用表测试热电偶的阻抗，如果正常的话蜂鸣档都会响。如果蜂鸣档不响大概率是热电偶断线。那么这个时候就要用热电偶点焊机再重新焊热电偶结点。（相信很多朋友都有粘好热电偶之后发现热电偶断线的经历吧）
5. 少吸热电偶的固化剂的气味。这个我觉得是最重要的一点！我们公司之前用的是卫*固的粘接剂，一个是胶水，一个是固化剂。味道巨臭无比，粘热电偶一粘就是十几个通道，那真是要了命了。。。奉劝各位朋友能少吸就少吸，这种活能少干就少干，身体健康最重要。下图是之前钳工粘的热电偶，真是臭死了这胶水。
热电偶采集电路如何设计？
热电偶的采集电路主要分为两个部分，分别是冷端补偿和热电势电压采集。接下来就分别介绍这两部分。
1. 冷端补偿
如前所述，热电偶会产生一个同热电偶结点与连接到等温块冷端的引线之间的温差相关的电压。 但是，热电偶产生的电压是非线性的，具体取决于冷端的温度。为了根据冷端温度准确地确定热电偶结温，所以需要冷端补偿。
在电路设计中，需要一个温度传感器监视热电偶B和C端点的温度，并将其用作基准点来计算热电偶另外一端A的温度。一般是使用二极管（PN结的电压随温度线性改变，不过目前拆解没遇到过），测温芯片（类似18b20）或热敏电阻（测温元件越靠近热电偶接线端子越好），且最好在壳体内部，防止被空气流动影响。想要做好冷端补偿需要保证以下两点：
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接合点B和C必须保持在等温线上，或者保持在同一温度。
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接合点B和C的等温温度必须精确测量。
2. 热电势电压采集
下图是一个热电偶采集的信号调节电路，提供**滤波、偏置和传感器开路检测。**它包括一个通过RPU和RPD实现的简单偏压生成，这将把热电偶置于电源和接地的中间位置。对于诸如ADC，运算放大器和可编程增益放大器(PGA)来说，这通常是一个理想的共模电位。此外，在这个应用中，如果热电偶被断开，这些电阻器将自动驱动输入信号到电源和接地电位，从而为ADC提供一个明显的传感器断开条件。
对于上述的信号调理电路，有以下三点需要注意：
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由于共模电容器的不匹配会导致差模噪声，建议差模电容器至少比共模电容器大10倍。
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为了实现良好的电磁干扰(EMI)抗扰度，使用小容量（10nF和更低）电容器与敏感电源和信号路径上的其他较大电容器并联可大大改进EMI抗扰度。
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在输入上增加磁珠或共模电感可进一步提高EMI保护。也可以在输入滤波器之前增加肖特基二极管钳位或瞬态电压抑制器(TVS)二极管。