武漢新冠肺炎疫情牽動(dòng)著舉國上下的心，并有苗頭發(fā)展成全球性的衛(wèi)生事件，這也讓紅外測溫儀迅速成為了炙手可熱的產(chǎn)品，涌出巨量的需求，并吸引越來越多的廠家快速切入這個(gè)產(chǎn)品市場，為方便廣大研發(fā)工程師快速選型、加快研發(fā)進(jìn)度，本文專門整理了紅外測溫儀上常用的傳感器和運(yùn)放型號，并提供了信號調(diào)理部分的電路供參考。
熱電堆傳感器常用于非接觸式的紅外測溫，因?yàn)楦哂诮^對零度的任何物體都可以發(fā)出紅外線，并且物體輻射出的能量隨著物體表面溫度的增加而增強(qiáng)，基于這個(gè)關(guān)系，熱電堆傳感器可以測出物體輻射出的能量并準(zhǔn)確測出物體表面的溫度。
目前市面上常見的模擬輸出式熱電堆傳感器有十幾個(gè)品牌，主要型號和參數(shù)參考表1：
表1：各品牌熱電堆傳感器主要型號和參數(shù)
因?yàn)楸粶y物體每變化 1°C，熱電堆傳感器輸出僅僅增加50uV~100uV，這樣0.1°C 分辨率對應(yīng)的輸出電壓變化只有5uV~10uV，所以選擇熱電堆探頭最好選用高靈敏度的。另外根據(jù)不同的測溫距離，選用不同視場角的探頭，因?yàn)闊犭姸烟筋^實(shí)際輸出的電壓值，是整個(gè)視場角范圍內(nèi)物體的平均溫度值。另外為了提高熱電堆探頭輸出的信噪比，熱電堆內(nèi)部等效的電阻值也是關(guān)鍵因素之一，電阻的阻值越大，其輸出熱噪聲就會相應(yīng)更大。
正是因?yàn)闊犭姸褌鞲衅鬏敵龅男盘柸绱宋⑷?，使得?jīng)放大后的電壓誤差也需要很小，只有零漂移自穩(wěn)零類型的運(yùn)放，才能滿足信號的放大調(diào)理。這類運(yùn)放內(nèi)部有一個(gè)主放大器，還有一個(gè)輔助的放大器，用于每隔 us 級別的時(shí)間間隔自動(dòng)校準(zhǔn)失調(diào)電壓，還有Clock 時(shí)鐘同步電路，以實(shí)時(shí)保證失調(diào)電壓為最小值，特別適用于甚低頻信號的放大調(diào)理。
目前市面上常見的高精度零漂移運(yùn)放有如下一些型號，參考表2：
表2：高精度零漂移運(yùn)放主要型號和參數(shù)
需要注意的是失調(diào)電壓越大，引入的誤差就越大，如果要校準(zhǔn)掉失調(diào)電壓的影響，無疑要增加硬件的設(shè)計(jì)復(fù)雜度，也會增加產(chǎn)線加工的工序和復(fù)雜度，成本也隨之增加并降低生產(chǎn)效率。
下圖是一個(gè)已經(jīng)在某款紅外測溫儀上量產(chǎn)出貨的電路，研發(fā)工程師可以直接采用：
特別需要注意，如果要實(shí)現(xiàn)額溫槍的精度為±0.3°C 以內(nèi)，那么熱電堆在0.3°C 產(chǎn)生的電壓僅為15uV~30uV，意味著運(yùn)放的最大失調(diào)電壓值都不能大于15uV~30uV。
由于熱電堆傳感器內(nèi)阻為100kΩ 左右，屬于比較大的電阻，這樣要求運(yùn)放的輸入偏置電流必須是pA 級別的才能減少帶來的誤差，所以運(yùn)放只能是CMOS 架構(gòu)的。
運(yùn)放的反饋電阻需要并聯(lián)一個(gè)100nF 電容，把整個(gè)電路的帶寬限制在10Hz 以內(nèi)，充分降低放大電路的輸出噪聲。最重要的是運(yùn)放的1/f 噪聲，需要選用5uVpp 以內(nèi)的以提高信噪比。
還有一點(diǎn)是不少研發(fā)工程師容易犯下意識的錯(cuò)誤：運(yùn)放的輸出引腳不能直接對地接電容做濾波，否則會引起運(yùn)放振蕩，可以先串聯(lián)一個(gè)1kΩ 以上的電阻，再對地并聯(lián)電容。
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