非接触式温度测量

 用于非接触式温度测量的热电堆传感器是由串联（ 或偶尔并联） 的大量热电偶组成。串联热电偶的输出电压取决于热电偶结与基准结之间的温度差， 该原理称为塞贝克效应。热电堆传感器一般具有较高的阻抗，典型值60kΩ~115kΩ， 输出电压相对较小，从几百微伏（ μV） 到几毫伏（ mV）。 医用级耳温计、额温枪等设备的最大测量误差一般要求为±0.2℃ ，运行环境温度范围16℃ ~35℃ ，测量温度显示范围35℃ ~42℃ 。对于大多数热电堆传感器来说， ±0.2℃ 对应的输出电压信号变化一般在14μV~20μV之间， 因此， 热电堆传感器的接口放大电路需要高增益和极低的失调与漂移，以避免直流误差。

LTC855x系列零漂移放大器具有8μV “最大”失调电压和40nV/℃ “最大”温漂特性，这对于16℃ 至35℃ 的“最大”应用环境温度变化仅会产生≤0.76μV的漂移量。由于每个设备上所使用放大器的失调电压可以在设备出厂前被校准，因此，放大器的温漂特性对用户设备的测量精度影响更为重要。LTC855x系列零漂移放大器在16℃ 至35℃ “最大”变化所可能产生的“最大”0.76μV偏移量， 远低于医用级±0.2℃ 精度要求所对应的热电堆传感器的输出典型值（ 14μV~20μV）， 这对于提高用户设备的测量精度尤为重要。

如下图所示， 本电路是一个完整基于热电堆传感器的接口电路， 其采用了LTC8552零漂移放大器。 LTC8552在1 kHz下的电压噪声频谱密度仅为19 nV/√Hz， 远低于35~40nV/√Hz的热电堆电压噪声密度。 本电路适用于耳温计、 额温枪等医用级体温测量设备以及工业测温仪等应用


本电路设计步骤如下。
1. 确定增益电阻R1、 R2的阻值。 为了使用较低值的增益设置电阻以降低反馈至输出端的电流噪声， R1阻值一般不易过大， 建议的R1阻值在220Ω至2kΩ，本电路选择R1=1kΩ。然后，根据放大倍数要求选定R2阻值。该放大电路传递函数为： VO = VREF VTP× (1 R2/R1)

2. 在反馈电阻R2上并联电容C2， 以限制信号带宽来降低反馈至输出端的馈通及噪声。由于测温电路接近于DC应用， 该电路的带宽可由R2和C2来限定： fP = 1/(2π× R2× C2)

3. 为了使两输入端上的源阻抗及CIN匹配，以使得馈通最小化， IN+输入端增加R3和对地连接的C3，并且， 应使得R3=R1阻值， C3=C2容值。

4. 为使得放大级之后建立RC滤波以获得更稳定的输出信号， 在输出端连接R4及对地连接的C4。

5. 为更好的利用放大器的线性输出工作范围以及利用ADC的满量程来获得更高分辨率的信号，通常在IN-端提供一个VREF偏置电压。 VREF可以采用LDO或基准电压芯片来产生，也可以通过电阻分压的方式产生。

通过电阻分压的方式来获得VREF虽然成本较低，但是，如果将分压产生的VREF直接施加在输入端的电阻上时，流经R1的电流将会分流到分压电阻上而引起VREF发生变化。 VREF的误差将对输出产生影响， 由此会影响到系统测量的准确性（即引起额外的温度测量偏差）。本电路采用LTC8552的一路放大器来驱动VREF以提高系统测量的准确性