1 前 言
大家知道,热电偶是基于物体的热电效应,把温度信号转换成电压信号。这种通过热电偶测温不仅可远距离传递和记录,也可集中检测和控制。虽然其优点很多,但在实际使用时,必须要解决其冷端的补偿问题。若处理不好将对测量结果带来严重影响。由热电偶的作用原理可知,热电偶的热电势的大小,不仅与测量端的温度有关,而且与参比端(冷端)的温度有关。写成函数式为:
对冷端处理,通常有电路补偿法和计算法两种。本文介绍在实际中所使用的二种高精度补偿方法。
2 冷端处理措施
2.1 用AD590对冷端的处理
AD590是一种集成型温度电流传感器。其电源电压为3～30V,测温范围为-55～150℃,输出电流I与温度T成正比关系,即:
I1通过R1所形成的电压V1,即为与绝对温度相对应的冷端补偿电压。为了使其转化为以摄氏温度相对应的补偿电压,电路从N2的正端引入V2回路,通过调整R3使I2=273μA。电路中,选取R1=R2=R0(R0在数值上等于热电偶的Seebeck系数)。这样与对应于摄氏温度的冷端补偿电压为E(t0,0)=V1-V2=R1·I1-R2·I2= (I1- 273)R0,由(3)式可知:当t=0℃时,I1=273μA,则E(t0,0) = 0。对于图中的差分组合电路,形成的E(t,0)满足(1)式的关系。因此实现了热电偶冷端的补偿。由于不同分度号的热电偶Seebeck系数不同,因而R1(及R2)的取值也应相应改变。
2.2 通过计算对冷端的处理
由(1)式可知,对热电偶的冷端处理,主要是得到E(t0,0)项,就可以准确得到E(t,0)。为此可以采用查分度表和计算的方法解决。但这种方法需要实测到t0,即参比端的温度。图2是实现多点测温时进行冷端计算处理的电路。
在电路中利用AD590得到常温下的Vt0,通过电子模拟开关与A/D转换和计算机处理得到t0,然后从对应热电偶的分度表中自动查出对应于t0的热电势E(t0,0) ,再将这个热电势值与所实测的E(t,t0)代数相加,得出的结果就是热电偶参比端温度为0℃时,对应于测量端的温度为t时的热电势
E(t,0) ,最后再从分度表中自动查得对应于E(t,0)的温度,这个温度就是热电偶测量端的实际温度t。
采用这种方法,可以很好地解决参比端温度的变化问题,只要随时准确地测出t0,就可以准确得到测量端温度t。同时还充分利用了对应热电偶的分度表,并使非线性问题得到了校正。本方法适用于各种热电偶。
3 结 论
本文所介绍的两种热电偶冷端处理方法,在高精度测温和现代温控仪的设计等方面具有实用的参考价值。第一种方法特别适用于单点温度的测量和控制。第二种方法适用于计算机处理的单点补偿和多点测量、测控。对于上述AD590测温元件,也可根据需要选用其他型号,例如LM135/LM235/LM335等集成器件。
