热电偶滤波电路原理

热电偶是一种基于热电效应的温度传感器，其测温原理如图1所示。当两种不同材料的导体（A、B）与采样电路构成闭合回路时，热端（T）与冷端（T₀）的温差会产生热电动势EAB(T,T0)。

通过ADC采集该电动势后，可利用热电偶温度对照表推导出热端温度 T。

热电偶测温电路中的输入信号往往伴随噪声和干扰。

为抑制噪声、提升测温精度，通常需要在ADC前端设计低通滤波器。

以下是设计无源滤波电路时需要考虑的关键因素：

1

滤波器类型与阶数

一阶低通滤波器：结构简单，适合对低频噪声进行初步抑制。其截止频率 fcf_cfc 由公式计算：

示例电路如下图所示，截止频率设定为约48.85Hz。

二阶低通滤波器：相比一阶滤波器，二阶结构可实现更陡峭的衰减，提高对高频噪声的抑制效果。

二阶电路示意如下图所示，显示截止频率约为24.56Hz。

2

滤波器参数设计

截止频率选择

• 低截止频率：对高频噪声有更强抑制能力，但过低可能导致响应时间变长、滤波器元件成本增加。
• 高截止频率：响应速度快，但对工频（50Hz）干扰的抑制效果可能不足。一般将截止频率设计在30Hz~40Hz范围内，兼顾响应速度与抗干扰能力。

阻容元件选择

• 电阻值：需平衡滤波效果与采样电压建立时间，推荐电阻值不超过500Ω。
• 电容值：大容值电容有利于降低截止频率，但可能增大电路体积与成本。例如，将一阶低通滤波器的截止频率设为25Hz时， C3C_3C3 的容值接近8μF。

温漂与压电效应

滤波器元件的温漂（电阻温度系数）和压电效应（电容机械应力影响）会引入额外误差，需选用高精度、低温漂的元件，如金属膜电阻和钽电容。

3

设计余量

为了保证滤波性能，设计中需要预留一定余量。

例如，将理论截止频率稍微降低，以应对温漂等不可控因素的影响。

多级滤波器设计

若需要更精确的高频噪声抑制，可在二阶滤波基础上进一步增加滤波级数。需权衡级数与响应时间的关系，避免过度复杂化。

共模与差模噪声的区分

根据经验，共模电容值 Ccm 通常比差模电容 Cdm 小10倍以上，以避免引入过大的共模失调。

滤波电路与热电偶布线

• 热电偶信号线应使用屏蔽线，降低外界电磁干扰。
• 滤波电路需尽量靠近ADC，减少长线引入的噪声