感測器與訊號調理
熱電偶(thermocouple)
/ THUR-mo-kup-ul /
熱電偶是這群溫度感測器中最奇特的,因為它根本不靠改變電阻——它由溫差自己產生一個微小電壓,完全不需電源。把兩種不同的金屬在一端接合、加熱那個接點,自由端之間就出現一個小電壓。接點相對於另一端越熱,電壓越大。這是一種「只靠熱就能運作」的溫度感測器。
這是席貝克效應(Seebeck effect),電壓很小——通常每度數十微伏。K 型熱電偶(鉻鎳-鋁鎳)約每 °C 41 微伏,所以 1000 °C 也只產生約 41 mV。初學者必須懂的關鍵轉折是:熱電偶量的是它的熱接點與它接到你電路處的冷(參考)接點之間的差。要得到絕對溫度,你必須知道冷接點溫度並把它加回去——這步驟稱為冷接點補償,通常用一顆小熱敏電阻或 RTD 量端子排,再以軟體修正。專用晶片會替你把這整件事做完。
為何重要:熱電偶能去別人去不了的地方。它堅固、便宜、量程極廣——K 型可從 -200 °C 以下讀到 1200 °C 以上——所以活躍於熔爐、窯、引擎與烤箱。誠實的提醒:輸出極小,需要小心的低失調放大;它相當非線性,需要查表或多項式;而若你忘了冷接點補償,讀數就會差掉「室溫那麼多」。它講究的是廣量程與耐操,而非最後零點幾度的準確。
窯中一支 K 型熱電偶,熱接點 800 °C、端子處 25 °C。導線每一度差約產生 41 微伏,所以輸出約 (800 - 25) times 41 uV = 約 31.8 mV。軟體把端子處量到的 25 °C 加回去,才報出真正的 800 °C。
由溫差自生的電壓——但你必須知道冷端的溫度。
忘記冷接點補償是熱電偶的頭號錯誤:感測器報的是「差」而非絕對溫度,所以除非你量出端子排溫度並加回去,讀數就會差掉端子排的溫度。
又稱
另見