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基于热电偶的测温仪冷端补偿方法

文章出处:yaxun88 人气:发表时间:2019-11-27 15:07

热电偶是一种常用的温度传感器。它根据热端和冷端之间的温差产生的热电动势,利用热电效应来测量温度。具有测量精度高,结构简单,使用方便的优点。它已被广泛用于温度测量仪器中。普通的冷端补偿方法由于其结构复杂,噪声大,线性差而对测量结果影响很大。

1通用热电偶冷端补偿方法
1.1电桥补偿方法原理
如图1所示,其中R1,R2,R3具有相同的电阻。由锰铜制成,其温度系数约为零,即其电阻不会随温度变化。 Rt使用的热阻PT1000与热电偶的冷端处于同一温度场,其电阻值随温度变化。当温度升高时,电阻增加。当冷端温度为零时,R1 = R3 = R2 = R1,这使得电桥的输出为零。如果冷端的温度升高,则热电偶的热电势将降低,并会引起测量误差。但是此时,PT1000的电阻会随着温度的升高而增加,则补偿电桥将失去平衡,输出值将不会为零。电桥输出的变化值与热电偶热电势的变化值相同,二者的变化方向相反。两者相互抵消,因此总输出不会随冷端温度的变化而变化。

电桥补偿方法示意图


1.2实验数据记录
在实验过程中,用毫伏电压发生器模拟了K型热电偶的热电势。在电路板上完成A / D转换后,通过MCU上传上位机,并由主机将A / D值转换为温度并显示出来。实验结果示于表1。

热电偶热电势实验结果表
此方法对R1,R2和R3要求很高的精度,并且V +噪声,温度漂移小且稳定性高。为了满足实验要求,必须使电桥电流为合适的值,调试困难。
在进行多通道测量时,需要配置多个设备,结构复杂。

2热电偶冷端补偿的新方法
2.1原理
该方法测量PT1000的冷端温度。 A / D转换后,电阻值从MCU传输到PC,然后通过软件将其转换为电压值,并添加到热电偶的电压中。然后,通过补偿块消除冷端温度变化的影响,以进行补偿。
2.2补偿块的设计
该方法的冷端补偿的主要装置是一块导热性好的铝,其结构如图2所示。
冷端补偿装置
在长方体铝块的横向中心轴上钻三个通孔,并沿横向中心轴切开。在随后的布线过程中,将两条补偿线压成左右两个通孔,并将中间通孔压入热敏电阻PT1000中。为了确保压入过程中导热的均匀性,热阻和补偿导线的直径应一致,并与补偿块完全接触,并且绝缘材料应相同。


2.3补偿电路设计
如图3所示,热电偶通过补偿线连接到仪器盒中的补偿板,然后通过Cu线连接到盒内的电路板。
补偿块和热电偶的冷端在仪器盒中。
PT1000用于测量仪器箱内部的温度。 Toc是仪器箱外部的环境温度。
补偿块和热电偶的冷端在仪表盒中

由于程序设计的要求,当未连接补偿电路时,上位计算机显示温度T1是A处的实际温度Tr加箱中的温度Tb,即T1 = Tr + Tb。在实际使用仪器时,温度箱内的温度会发生变化。为了避免盒内温度变化对实际测量温度的影响,设计了访问补偿电路。

当仪器箱内的温度升高时,随着仪器箱内的温度升高,上位机将显示温度T1。添加补偿电路后,补偿盒在盒子中被均匀加热,补偿线的两端与PT1000处于同一温度场。补偿导线产生的电压可以抵消冷端温度变化的影响,从而确保测量值不受盒内温度变化的影响,并且仅与盒外环境温度Tc有关,即是,T1 = Tr + Tc。

2.4实验数据记录
实验过程与电桥法相似。毫伏电压发生器用于模拟K型热电偶的热电势。在电路板上完成A / D转换后,通过MCU上传上位机,并由主机将A / D值转换为温度并显示出来。实验结果示于表2。
补偿块方式数据记录
从上表可以看出,该补偿方法精度较高,误差在1℃以内,线性度良好。在多通道测量中,仅几套通孔可以添加到补偿模块中,并且结构简单,可以满足工业应用的需求。

3补偿块法与电桥法数据比较与分析
根据表1和表2中的数据,分别以输入电压为横坐标和误差值为纵坐标,分别绘制两种方法在不同温度下的误差曲线,如图4和图5所示。
补偿块法误差曲线桥法误差曲线

从图5的曲线图中可以看出,电桥方法的线性度很差。由于热电偶的输入和输出特性与补偿桥的输出特性都是非线性的并且不一致,因此仅在与温度的交点对应的冷端温度下,补偿误差才能在补偿范围内完全补偿。两条曲线。其他冷端温度只能部分补偿,并且存在补偿误差。在实际使用中,需要更复杂的电路来减少由于非线性引起的误差。

从图4的补偿块法的四条曲线可以看出,最大误差不超过1℃,线性度更好,可以更准确地满足测量要求。

4。结论
基于热电偶的基于热电偶的冷端补偿方法简单,稳定,噪声低,线性度好。进行多通道测量时,只需在补偿块上打几个通孔,将补偿线压入其中,在控制成本的前提下保证了测量的准确性,达到了技术指标。

此文关键字:热电偶

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