关于热电偶的测温原理的个人理解，想请教大家是否正确

zx_85 · 发表于 2023-3-14 15:26:34

本帖最后由 zx_85 于 2023-3-14 15:48 编辑

项目中采用K型热电偶测温，总共6路，测试的最高温度为300℃。温度按照1℃整数显示，没有小数位。

对于测温原理，我个人理解是，热电偶的T+和T-两端输出的电压对应温度，这个温度是温差，需要再加上冷端温度，才是测试点的实际温度。
在电路设计中我个人理解，采用差分放大（高精度运放），然后给MCU的AD采样，这样计算出来的对应温度，再加上板端用一个专门的测温芯片测试的温度，就是测试点的温度。
采用这种方案成本是比较低的。
而且这个测温芯片需要靠近热电偶在板上的接插件位置，即冷端温度。
整个电路方案即：6个运放+1个温度传感器，总成本应该算很低的。
不知道我这个理解对不对？
另外这个方案不知道有没有什么风险点？

yuyu87 · 发表于 2023-3-14 15:34:24

（AD出的温度要转换成电压-测温芯片的温度查表转电压）之后再查表转温度

lyping1987 · 发表于 2023-3-14 15:39:06

要查表，大概40uV对应1℃，需要跟进目标的进度，分辨率，反推ADC的性能。。如果最高300度，用MCU自带的ADC，估计跳动就有0.5℃了。

其次，最重要的是热电偶往往布置位置有点远，所以单片机ADC决定了6个热电偶不能隔离采集。应用于实际现场时容易出问题。所以大多数热电偶采集，其实都是隔离处理的!

zx_85 · 发表于 2023-3-14 15:40:34

yuyu87 发表于 2023-3-14 15:34
（AD出的温度要转换成电压-测温芯片的温度查表转电压）之后再查表转温度
(引用自2楼)

是的，AD测出来的电压，按照硬件设计的放大倍数缩小到实际热电偶输出的电压，然后查分度表对应的温度，再加上冷端的温度传感器读到的温度，两个相加即为最终测试点实际温度。

zx_85 · 发表于 2023-3-14 15:46:40

lyping1987 发表于 2023-3-14 15:39
要查表，大概40uV对应1℃，需要跟进目标的进度，分辨率，反推ADC的性能。。如果最高300度，用MCU自带的ADC ...
(引用自3楼)

测温精度要求不高，显示都是1℃变化，没有小数位。
40uV对应的1℃，按照这个计算误差还是有点大，有的说按照41uV对应1℃。按照查分度表应该会好点。
之前别的项目上是采用的AD公司的方案，成本太贵了，而且料还不好买，现在想找简单而且成本低的方案。运放完全可以选择国产的。

cne53102 · 发表于 2023-3-14 16:19:40

要求不高，环境温度比较好的话每路弄个OP07就可以了。
虽说OP07的失调对于1度的电压来说可能是勉强的，
但是如果买一些便宜温控表回来看看的话，会惊讶的发现他们大多用的是LM324……所以……[摊手]

zx_85 · 发表于 2023-3-14 16:24:20

cne53102 发表于 2023-3-14 16:19
要求不高，环境温度比较好的话每路弄个OP07就可以了。
虽说OP07的失调对于1度的电压来说可能是勉强的，
但 ...
(引用自6楼)

国产的圣邦威的运放也不贵，采用4路运放x2，再加温度传感器基本上能控制在10RMB以内。
应用主要是烤箱里面的温度检测。

pulan · 发表于 2023-3-14 16:37:37

谁用过老周的ZAM6218A模块？

zx_85 · 发表于 2023-3-14 16:42:31

本帖最后由 zx_85 于 2023-3-14 16:44 编辑

pulan 发表于 2023-3-14 16:37
谁用过老周的ZAM6218A模块？
(引用自8楼)

taobao上查到的就一个卖家，15元，这个不通用，没有替代的，不敢用。
-------
看错了，TPS08U，这个89元，还是比较贵的，我需要的精度也不高。

lyping1987 · 发表于 2023-3-14 16:42:52

pulan 发表于 2023-3-14 16:37
谁用过老周的ZAM6218A模块？
(引用自8楼)

之前用过他的AI模块，讲究很多，稍不注意就不能用。

cne53102 · 发表于 2023-3-14 16:48:48

本帖最后由 cne53102 于 2023-3-14 16:50 编辑

zx_85 发表于 2023-3-14 16:24
国产的圣邦威的运放也不贵，采用4路运放x2，再加温度传感器基本上能控制在10RMB以内。
应用主要是烤箱里 ...
(引用自7楼)

烤箱里面的话，可以显示到1度，不必追求准确到1度，但PCB温度变化比较剧烈，不建议用太差的运放。

用国产可以，但是需要试验它的失调电压有没有撒谎，要测试高温下的情况。

冷端补偿要做好

编辑补充：要拼低价的话，要注意有些廉价单片机本身就支持电热偶，可以直接连接在引脚上，用运放的方案是干不过这种的。

lyping1987 · 发表于 2023-3-14 16:52:54

cne53102 发表于 2023-3-14 16:48
烤箱里面的话，可以显示到1度，不必追求准确到1度，但PCB温度变化比较剧烈，不建议用太差的运放。

用国 ...
(引用自11楼)

求带热电偶的单片机推荐

cne53102 · 发表于 2023-3-14 17:02:35

lyping1987 发表于 2023-3-14 16:52
求带热电偶的单片机推荐
(引用自12楼)

很遗憾我不知道那是什么单片机，它上面一个字都没有。。便宜的电陶炉里面就是这样的。。

lyping1987 · 发表于 2023-3-14 17:11:43

cne53102 发表于 2023-3-14 17:02
很遗憾我不知道那是什么单片机，它上面一个字都没有。。便宜的电陶炉里面就是这样的。。 ...
(引用自13楼)

估计集成称重功能的那类单片机，内部ADC集成PGA增益，128倍增益估计差不多！

cne53102 · 发表于 2023-3-14 17:15:14

lyping1987 发表于 2023-3-14 17:11
估计集成称重功能的那类单片机，内部ADC集成PGA增益，128倍增益估计差不多！ ...
(引用自14楼)

可能是，或者，可能是带有类似的技术的单片机。有可能是OTP的，一般单片机外加运放，即使是LM324都不一定干得过这种。

zx_85 · 发表于 2023-3-14 17:27:32

cne53102 发表于 2023-3-14 16:48
烤箱里面的话，可以显示到1度，不必追求准确到1度，但PCB温度变化比较剧烈，不建议用太差的运放。

用国 ...
(引用自11楼)

装板子的空间通过隔热棉隔开，这块区域最高温度在40℃左右。
冷端补偿准备用温度传感器直接获取板端温度，再做加法处理。
采用管脚兼容的运放，不行就换别的厂家的。

elec2000 · 发表于 2023-3-14 18:38:20

注意多路冷端温度的一致性

zx_85 · 发表于 2023-3-15 08:40:28

elec2000 发表于 2023-3-14 18:38
注意多路冷端温度的一致性
(引用自17楼)

6个热电偶的接插件放在同一个区域位置，冷端的温度传感器也放在那个位置，周边通过挖空处理，让那些接插件在一个孤岛上，减少外部电路对其影响。

磊磊映画 · 发表于 2023-3-15 10:54:52

有现成的热电偶转换芯片自带补偿直接SPI 读温度就好了

zx_85 · 发表于 2023-3-15 10:59:50

磊磊映画发表于 2023-3-15 10:54
有现成的热电偶转换芯片自带补偿直接SPI 读温度就好了
(引用自19楼)

方案太贵了，供应商那边推荐的就是这种方案，还是AD公司的。用起来方便，但是成本没法忍受。

磊磊映画 · 发表于 2023-3-15 11:30:01

zx_85 发表于 2023-3-15 10:59
方案太贵了，供应商那边推荐的就是这种方案，还是AD公司的。用起来方便，但是成本没法忍受。 ...
(引用自20楼)

我们用分立元件自己搭的电路（用的好运放）算下来成本和集成芯片直接读成本没差多少，自己搭的电路不稳定，调了两版才过,耽误了时间

MAX6675 8块钱

zx_85 · 发表于 2023-3-15 13:18:00

磊磊映画发表于 2023-3-15 11:30
我们用分立元件自己搭的电路（用的好运放）算下来成本和集成芯片直接读成本没差多少，自己搭的电路不稳 ...
(引用自21楼)

MAX6675倒是可以，但是需要6个，或者使用模拟开关切换，。但是模拟开关切换起来需要考虑各种影响，不知道好不好弄。

磊磊映画 · 发表于 2023-3-15 14:14:48

zx_85 发表于 2023-3-15 13:18
MAX6675倒是可以，但是需要6个，或者使用模拟开关切换，。但是模拟开关切换起来需要考虑各种影响，不知道 ...
(引用自22楼)

模拟开关没问题，我们分立电路上也用了，模拟开关选内阻小的

zx_85 · 发表于 2023-3-15 21:29:19

磊磊映画发表于 2023-3-15 14:14
模拟开关没问题，我们分立电路上也用了，模拟开关选内阻小的
(引用自23楼)

OK。谢谢啦！

GZZXB · 发表于 2023-3-15 22:49:08

楼主没有说精度，我觉得难点是在热电偶的插拔检测。需要一个10~20M左右的电阻上拉来检测热电偶是否脱落，脱落时一般要求迅速显示 “----”。加了这个电阻后就会对uv级别的热电偶电势产生影响了，精度有要求就要做非线性补偿了。热电偶也有本身的精度，便宜的1元贵的10元

。

zx_85 · 发表于 2023-3-16 11:17:15

GZZXB 发表于 2023-3-15 22:49
楼主没有说精度，我觉得难点是在热电偶的插拔检测。需要一个10~20M左右的电阻上拉来检测热电偶是否脱落 ...
(引用自25楼)

精度的话，其实也不高，只显示整数度数，精确到1℃就差不多了，烤箱里面使用还好。
确实没有考虑热电偶的断偶检测问题。
我们是外包给别的供应商设计，结果在热电偶上供应商给的电路方案太贵了，6路AD8497，报的4美金一路。整个板子BOM成本去掉这个报价120，加上这个整个都快300了。我们精度要求也不高的。
对方对热电偶应该是没有经验，之前还按照NTC设计的，两个电阻分压处理的，认为热电偶和NTC一样的工作原理。

目前给他们参考3个方案：
1.
6路运放，到MCU的AD口；再加一个额外的温度传感器；
2.
6路热电偶通过模拟切换开关输出到一路差分信号，送一路运放然后到MCU的AD口处理，再加一个额外的温度传感器；
3.
6路热电偶通过模拟切换开关输出到一路差分信号，送专用的处理芯片比如MAX6675，通过SPI到MCU；

目前只给他们这种粗略的方案，包括元器件选型我这边都给了推荐的以及注意的地方，否则他们那边不会选报不出来价格。只希望别到时候要我提供详细电路图，要我给他设计，那我真的要吐了。

GZZXB · 发表于 2023-3-16 11:35:06

zx_85 发表于 2023-3-16 11:17
精度的话，其实也不高，只显示整数度数，精确到1℃就差不多了，烤箱里面使用还好。
确实没有考虑热电偶的 ...
(引用自26楼)

如果是显示精度精确到1℃没有问题，如果是测量精度那有点高了。这里面有热电偶本身的精度，还有ADC后测量出来的精度。如果选的MCU是12位AD的话，我觉得有点难的。我以前做过两路的，每个产品单独标定后精度在满量程范围内隔5°左右取个对比，结果是可以在0.65%内。这个参考对比还是用一个贵的进口测温设备做对比的，还得排除对比仪器的精度。
我只做个一次这类产品，没有什么经验。我的建议是不用模拟开关，用几个TI的低噪声运放（2元左右那种）+24bit的国产ADC芯片（两路或四路的），其中的一路做成射极跟随器，让热电偶“骑”在这个输出上来剔除温漂等带来的影响，缺点是只能用到ADC的一般量程。做这个之前我觉得楼主要先想好不标定能否精度达标，要标定用什么法子去标定。

GZZXB · 发表于 2023-3-16 11:36:12

本帖最后由 GZZXB 于 2023-3-16 11:37 编辑

我不推荐用模拟切换开关的原因是因为内阻受外在因素的影响较大，楼主可以看规格书评估下。

zx_85 · 发表于 2023-3-16 13:31:02

GZZXB 发表于 2023-3-16 11:36
我不推荐用模拟切换开关的原因是因为内阻受外在因素的影响较大，楼主可以看规格书评估下。 ...
(引用自28楼)

在老的项目上用的是3个HC4052+ADS1248，这个是老外设计的，没有给原理图，只有PCB照片。

磊磊映画 · 发表于 2023-3-16 13:47:59

zx_85 发表于 2023-3-16 11:17
精度的话，其实也不高，只显示整数度数，精确到1℃就差不多了，烤箱里面使用还好。
确实没有考虑热电偶的 ...
(引用自26楼)

做商用烤箱吗 rational？

zx_85 · 发表于 2023-3-16 19:38:01

磊磊映画发表于 2023-3-16 13:47
做商用烤箱吗 rational？
(引用自30楼)

你是cai？

磊磊映画 · 发表于 2023-3-17 08:15:24

zx_85 发表于 2023-3-16 19:38
你是cai？
(引用自31楼)

你是cai？猜？

mcu5i51 · 发表于 2023-3-17 21:19:48

更正下原理，热端相同，在T+-两条线上产生和冷端的温差的电压，为了使用相对摄氏0度的信号，在加一条在0摄氏度的同样的电偶，与热端的电偶串联，就可以得到正确的温度值了，二冷端这个电偶可以根据对应的冷端温度计算出来，就是说理论上的冷端是补偿的电压；
大多数的时候直接加上温度影响不大，为了简化设计，一般是直加室温

关于热电偶的测温原理的个人理解，想请教大家是否正确

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