許多工業(yè)和醫(yī)療應(yīng)用要求溫度測量精度為±1°C或更高，在很寬的溫度范圍（-270°C至+ 1750°C）內(nèi)以合理的成本執(zhí)行，并且通常功耗低。本文介紹了基于精密Δ-Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的經(jīng)濟(jì)高效，便攜式，高分辨率數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）的設(shè)計(jì)。它還提供了用于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化線性化計(jì)算算法的公式和軟件，以準(zhǔn)確覆蓋這個(gè)寬溫度范圍，同時(shí)確?？芍貜?fù)的測量。 

這個(gè)由兩部分組成的系列介紹了基于精密Δ-Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的經(jīng)濟(jì)高效，便攜式，高分辨率數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）的設(shè)計(jì)。

熱電偶計(jì)算概述

在本系列的第1部分2，我們解釋，熱電偶產(chǎn)生的電壓/電荷（V OUT），并且不需要任何電壓或電流激勵(lì)。熟悉該技術(shù)的讀者可以跳到下一部分。

V OUT是由兩種不同金屬產(chǎn)生的溫差 - （T JUNC - T COLD）的函數(shù)。差異是由于金屬1和金屬2的不同電勢以及施加在它們上的溫度梯度。3 NIST ITS-90熱電偶數(shù)據(jù)庫4為大多數(shù)實(shí)用的金屬1和金屬2組合定義了此V OUT功能，并根據(jù)V OUT測量值計(jì)算相對溫度T JUNC。重要的是要強(qiáng)調(diào)T JUNC只是相對于冷端的相對溫度（T COLD）。要查找絕對溫度（以°C，°F或K為單位），必須單獨(dú)測量T COLD溫度：

Tabs = T JUNC + T COLD （等式1）

其中：

Tabs是熱結(jié)的絕對溫度; 

T JUNC是熱結(jié)與冷參比結(jié)的相對溫度; 

T COLD是參考冷端的絕對溫度。

請注意，T JUNC和T COLD溫度測量必須以相同的單位（即，°C，°F或K）生成。

公式1規(guī)定熱電偶測量需要熱結(jié)的V OUT精度測量，以及用于冷端溫度測量的精確互補(bǔ)傳感器5。

準(zhǔn)確性和分辨率

可以使用簡化的線性化算法完成熱電偶溫度計(jì)算。絕對溫度近似計(jì)算如下：

標(biāo)簽=（E + Ecj）/ k （等式2）

其中：

E是測得的熱電偶輸出，單位為mV; 

標(biāo)簽是熱電偶的絕對溫度，單位為°C; 

Ecj是以mV為單位的冷端熱電偶等效輸出，通過使用獨(dú)立測量的冷端溫度和ITS-90熱電偶數(shù)據(jù)庫表計(jì)算得出; 

k是熱電偶的平均靈敏度。

雖然線性化方法可以大大減少計(jì)算量和復(fù)雜性，但它也可能產(chǎn)生大的溫度測量誤差。例如，在K型熱電偶中，通過公式2的線性近似在較窄的-50°C至+ 350°C溫度范圍內(nèi)僅允許1°C至4°C的精度。在+ 1000°C時(shí)，計(jì)算誤差可能達(dá)到7°C左右，而在-100°C時(shí)，誤差可能在13°C左右。（見表2）。大誤差的根本原因可以追溯到非線性，如圖1所示。

溫度范圍（°C）	-200到0	0到500	500至1372
電壓范圍（V INT，mV）	-5.891	20.644	34.242
分辨率（°C / NFR）	-0.1277	0.0911	0.0871

溫度 - Fluke 724（°C）	溫度 - 熱電偶GUI（°C）	溫度誤差與校準(zhǔn)器（°C）	溫度由線性方程（°C）計(jì)算
-200	-200.2	-0.2	-143.6
-100	-100.4	-0.4	-86.62
-50	-50.4	-0.4	-46.01
0	-0.3	-0.3	0.05
20	19.7	-0.3	19.68
100	99.7	-0.3	99.96
200	199.8	-0.2	198.69
500	499.9	-0.1	503.7
1000	1000.4	0.4	1006.92
1300	1300.9	0.9	1278.4