一款热电偶冷端补偿电路
2012-08-24
蓝晓荣

由于热电偶价格低廉且测量速度快、范围大(从一200℃~+1800℃),在工业现场得到广泛应用,但用热电偶测温时必须进行冷端补偿。

冷端补偿是补偿周围介质温度波动给温度测量带来的误差。一般补偿方法是利用冷端补偿器件获得补偿电势,然后与热电偶测得的热电势相叠加,从而得到真实电势。

现在很多场合用半导体二极管或三极管的PN结温度特性作温度补偿。PN结在一100℃~+100℃范围内,其端电压与温度有较理想的线性关系,温度系数约为2mY/℃,采用二极管作冷端补偿时,精度可达0.3℃一0.8℃;采用三极管时,则将基极和集电极连接起来使用,补偿精度可达0.05℃一0.20℃。由于热电偶电势很低,在进行A/D采样前需对信号进行调理(如图1)。现在工业现场一般使用的热电偶型号有S型、R型、B型、K型、N型、E型、J型、T型。国内用量较大的是K型,而国外一般用J型。

先来看一下不进行冷端补偿时测量所产生的误差(以K型热电偶为例)。设冷端置于0℃环境下,用热端接触被测物体。假如被测物体是开水,温度100℃,那么热端与冷端之间会产生4.096mV的电势,依据K型热电偶分度表,查表得到100℃(测量值与真实值相吻合)。而实际使用时热电偶的冷端是处在随时变化的环境中的,冷端很难保证0℃。现在置冷端于30℃环境下,

把热端同样置于开水中,结果热端与冷端的电势差变为2.893mV。查K型热电偶分度表得到71℃,与真实值相差了29℃。在多年实践中,笔者找到一种简单有效的补偿方法,现介绍给大家参考。

补偿过程:由于环境温度从0℃上升到30℃导致热电偶电势下降了1.203mV。只要给热电偶正端叠加上1.203mY(或负端减去1.203mV)。最终结果就是正确的。因二极管的温度系数是2mV:C,从0℃到30℃二极管的端电压变化了60mV,而热电偶只需1.203mV的补偿。60mY/1.203mV≈50倍.即把二极管的端电压变化减小到1/50,方法很简单,电阻分压只要R5/(R4+R5)=50即可。以“K”型热电耦为例见图2,测量范围一50℃~900℃。

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