8.2.3.2 详细设计流程

热电偶是两种不同金属的连接点。这些金属产生一个随温度升高的小电压。K 型热电偶是一种非常普通的温度传感器，由镍铬和镍铝之间的连接点构成。使用 K 型热电偶有几个原因。这些原因包括温度范围、线性度、灵敏度和成本。

K 型热电偶具有很宽的温度范围。此热电偶的范围是大约 −200°C 至大约 1200℃，如Figure 42 所示。此范围涵盖了常用的温度范围。

在此范围的大部分，行为都是线性的。这对于将模拟信号转换为数字信号很重要。K 型热电偶与其他许多类型相比具有良好的灵敏度；灵敏度为 41µV/°C。较低的灵敏度需要更多的增益，并会使应用对噪声更敏感。另外，K 型热电偶并不昂贵，许多其他热电偶由更昂贵的材料制成或者生产难度更高。

Figure 42. K 型热电偶响应

0°C 至 500°C 的温度范围使热电偶产生 0mV 至 20.6mV 的电压范围。Figure 42 中显示了这一情况。

为了获得最佳精度，需要使用 0V 至 3.3V 的完整 ADC 范围，而这个完整范围所需的增益可以用Equation 23 来计算：

如果 R_G 为 2kΩ，则可以用这个 160 的增益值计算 R_F。由于 A_V = R_F / R_G，因此 R_F 可由Equation 24 计算：

为了达到 0.5°C 的分辨率，需要比最小分辨率更小的步长。这意味着至少需要 1000 步 (500°C/0.5°C)。一个 10 位 ADC 就足够了，因为它可以产生 1024 步。诸如双通道 10 位 ADC102S021 之类的 10 位 ADC，将是一个不错的选择。

在热电偶导线与 PCB 上的电路相连接的位置，会形成不需要的寄生热电偶，从而导致实际热电偶传感器的测量误差。

使用等温块作为参考将会补偿这种额外的热电偶效应。等温块是良好的热导体。这意味着两个热电偶连接都具有相同的温度。我们可以测量等温块的温度，从而测量热电偶连接的温度。此温度通常称为冷端参考温度。在示例中，使用 LM35 来测量此温度。该半导体温度传感器可精确测量 −55°C 至 150°C 的温度。

本例中的 ADC 还会将来自 LM35 的信号转换为数字信号，因此，微处理器可以补偿连接器上不需要的热电偶结的放大热电偶信号。