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全面讲解关于电噪声对热电偶测量的影响以及解决方案

来源:发表时间:2019-06-14

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      电子设备和热表征设备中的温度测量通常使用热电偶进行。与任何传感器一样,目标是收集有关传感器附近环境的信息,在这种情况下是温度。遗憾的是,整个仪器链周围的环境,包括引线和数据采集系统,几乎总是会影响测量及其说明。来自典型热电偶的信号(电压)很低,大约为10 mV,并且在存在信号噪声的情况下信噪比可能会迅速降低,从而不可避免地增加了温度测量的不确定性。噪声热电偶信号的主要原因之一是由靠近热电偶引线运行的载流导线产生的磁场。当60 Hz交流电源线靠近并与热电偶引线平行时,电源线中流过的电流产生的60 Hz磁场会切断热电偶对。热电偶对和电源线之间的电容耦合(如图1所示)在闭合的热电偶电路中产生60Hz的“噪声”电压。产生的噪声信号的幅度与违规电力线中的电流大小成正比。 ,与热电偶对和电源线之间的距离成反比。


图1.通过耦合到电源线在热电偶电路中产生噪声。
      当然,问题的明显解决方案是使电源线远离热电偶引线保持安全距离,并且当然不能以并联配置运行它们。但有时候,例如当提供电源和信号的布线或电缆线束蜿蜒进入电子设备时,电源线和热电偶引线以完全错误的配置相互结合,以实现信号完整性。幸运的是,可以采取相对简单的措施来最小化“噪声”。首先,可以使用市售的屏蔽热电偶。屏蔽热电偶由一对热电偶组成,周围是薄金属护罩或沿其长度方向延伸的“屏蔽”。如图2所示,屏蔽的连接器端应连接到电压表的接地端。通过这种方法,噪声电压在屏蔽中而不是在热电偶对中产生,并且它与系统地短路。第二种但更昂贵的解决方案是对信号进行滤波。因为信号噪声是在60 Hz左右的相对较窄的带宽内产生的,所以可以使用低通滤波器来传递低得多的频率或DC热电偶信号,并抑制或衰减信号频率高于60 Hz的元件。除电源线外,靠近热电偶的交流电机和变压器也可能在热电偶引线中产生噪声电压。低通滤波器可用于传递低得多的频率或直流热电偶信号,并以高于60赫兹的频率抑制或衰减信号分量。除电源线外,靠近热电偶的交流电机和变压器也可能在热电偶引线中产生噪声电压。低通滤波器可用于传递低得多的频率或直流热电偶信号,并以高于60赫兹的频率抑制或衰减信号分量。除电源线外,靠近热电偶的交流电机和变压器也可能在热电偶引线中产生噪声电压。


图2.屏蔽热电偶电路将噪声电压短接到地,改编自参考文献1。
      总之,常识,屏蔽和滤波作为最后的手段,通常可以消除或显着降低热电偶测量中的信号噪声。

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