热电偶冷端温度补偿方法

热电偶冷端温度补偿方法概述1、由热电偶测温原理知道，只有当热电偶冷端温度保持不变时，热 电势才是被测温度的单值函数。2、利用热电偶测温，其温度与热电势关系曲线是在冷端温度为0C 时分度的，我们利用补偿导线仅仅使冷端延伸到了温度较低或比较稳 定的操作室，并没有保证冷端温度为0C,因此，测量结果就会有误 差存在。为了消除这种误差，必须进行冷端温度补偿。冷端恒温法1.冰点槽法 2 恒温箱法优点：简单易行，补偿精度高。缺点：冰水混合物制作麻烦，恒温器一般容量有限 （受热电偶直径的限制）O 一般只在实验室中采用这种方法。信息科学与工程学院补偿电桥法热电偶冷端与电阻Rcu感受 相同的温度。当冷端温度为5时，Rr = R2 = R3 = Rcu（to） 则电桥平衡，uab = 0, 热电偶输出电势为跖（5）当冷端温度上升至怙时，热电势为du?（匚怙），减少了AE = EAB（tQ,t0） 而Rs阻值随温度升高而增大，使得U3h = （给S）则初（讥6）+ Wab = E沖肚匸怙）+ EAB（tdG = 佃（匸S）即冷端温度的变化对测温回路的总电势不产生影响，实现了冷端温度补偿。补偿电桥法传统的电桥补偿器采用统一设计 参数：桥臂电阻R = 7?2 =尺3 = 1Qt。时心3 = 1Q，工作电源电压E = 4K(Z)C),的时完全补偿，即ab = EaB (给 5)改进：用工业铜电阻Cu50,来代替原来的铜绕电阻，/?! =/?2 =18kfl, 工业铜电阻Cu50阻值与温度的关系为：(咖=/?Cu(t0)l + Q(恰一如 在0”C时的阻值为500,对铜电阻在0100C范围内取a = 4.28 x 10-3(l/C)o 由此可知在20C时，Cu50阻值为54.28Q,所以居=54.28(1信息科学与工程学院信息科学与工程学院仏b及s）随温度变化曲线补偿电桥法如右图所示，在补偿范围内只有在冷端温度为S 和饷两点能够完全补偿即无补偿误差，其他冷端温 度下只能部分补偿，即存在补偿误差。注意：所有冷端补偿电桥只能与相应型号的热 电偶及所规定的温度范围内配套使用;冷端温度补偿 电桥与热电偶连接的极性必须严格保持一致,否则不 但起不到补偿作用，反而会增大温度误差。优点：结构简单，成本较低缺点：适用性差晶体管PN结补偿法PN结压降与温度Z间的关系曲线A/7世出应当恒定电流正向流过PN结时，其管压降 有负的温变系数,对温度有较高的灵敏 度和较好的线性。PN结在-100C+100C范围内，其端 电压与温度有较理想的线性关系。信息科学与工程学院信息科学与工程学院信息科学与工程学院Ube+5VR5LosR6R4Ute T晶体管PN结补偿法电路中将基极与集电极短路，以便获得晶 体管发射结的PN结特性。采用并联于PN结两端的调节电位器Rw严 來调整晶体管输出电压IA = aUbe% = Uf +叫切为0C时晶体管管 压降，y V0为晶体管温度系数。% = Ute r 一 叽譽 一 % 譽,% = E(T, T = E(Tt 0) - E(TQr 0)设计中另& = Rs % =叫用来补偿川/广Uo = ETo)-ayT = E(Tf0)寻- E(TQ0)譽一ayT0貪Ii 1KoA jillA.2令E（心0）奢-矽磴这样便使热电势只与测量端的温度T有关，实现冷端补偿。信息科学与工程学院PN结补偿法优点：成本低，补偿元件不必自行制作，对常用 热电偶测温可实现大范围，平稳高精度测量。缺点：在温度范围变化较大时影响精度。AD590冷端补偿法AD590是一双端器件，其输出电 流与绝对温度K成正比(10/K)。 尬=(晋)1 ToE(Tg = E(Tf 0) 一 E(T, 0) = Fo + a(T 一 To) a是电压温度系数，单位mV/匕E为一修正值。 调节W1,使1/W1 = aT使得运放的同相端电压l/i = E(7To) + %i = Eo + aT只与工作端的温度有关，实现了冷端温度的自动全补偿。AD590冷端补偿法注意：这种只适用于某一型号的热电偶，使用其他类型热电偶时,应根据 其电压温度系数（X重新调节W1的阻值。优点：精度高、成本低、体积小、调试简单、使用灵活、冷端温度补偿 范围大何在一 55C到+150C的范围内进行补偿）。缺点：对运放及电压源的要求高，电阻的选取应保证具有足够的精度。信息科学与工程学院当用热电偶测量温度时，热电偶将产生热 电势值E,设EjEEj+则温度值T为： 丫 =丹 + 器（E _ Ej）=号 + aj（E _ EQ信息科学与工程学院信息科学与工程学院其中a =Tj+TjEjn_Ej信息科学与工程学院Es E e . B& |B温度与热电势的关系曲线信息科学与工程学院信息科学与工程学院在微机的运行程序中建立两个 表，格式如下，Ej+1-Ej如与第0项,第1项E1=E/+0O表2中Qj =仃+1 一仃Ej+1-EjT = Tj + aj(E-Ej信息科学与工程学院信息科学与工程学院微机补偿算法12VT系统其他部分微机控制测量过程如下:LM335输出电压与热力 学温度成正比，测温原 理与AD590相似1）微机发指令选热电偶通道,读取热电偶的热电势E。2）微机发指令选LM335通道，读取LM335输出值V】3）根据V查表得出热电势E。4）计算 E=E, + E1,5）查表，由E得到对应的温度T优点：补偿精度高，用软件补偿使用方便。 缺点：分度表的转换及存储是一个比较复杂 的过程，其内存量大，工作繁琐。测量电路图测量电路计算机最小二乘法补偿采用二元四次最小二乘拟合法在热电偶测量中，输入是参比端温度T。和 热电偶实测热电势E(即E(T,T0),输出是热电偶 工作端温度T。其测量电路如图所示，其中热电 偶参比端温度通过热电阻Rt测得,并且经过软件 校正.信息科学与工程学院信息科学与工程学院信息科学与工程学院最小二乘法补偿热电偶实际温度T与参比端温度T。、热电偶实测热电势E之间的拟合方程为T(ErT0)=F(E)-S-T(T0)S为拟合矩阵。其中F(E) = (1, E1, E2, E3, F4T(TO) = 1, To T02, To3, To4经过多次实验测量与计算得出S的值。优点可同时实现热电偶的冷端补偿和非线性校正，因而不必购量昂贵的硬 件冷端补偿装置，并省去了复杂的非线性校正环节。缺点：计算量大，需要有软件配合。总结不同的补偿方法都有其自身的优缺点和适用 范围。在实际工作中要根据实际需要，选择有 所侧重的方法，达到理想的补偿效果。信息科学与工程学院谢谢!信息科学与工程学院