一種熱電偶信號(hào)冷端溫度補(bǔ)償裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種熱電偶信號(hào)冷端溫度補(bǔ)償裝置，包括冷端補(bǔ)償運(yùn)算電路，冷端補(bǔ)償運(yùn)算電路分別連接有冷端溫度輸入電路和調(diào)零偏置電壓電路；冷端補(bǔ)償運(yùn)算電路包括運(yùn)算放大器，運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端通過(guò)電阻R6與其輸出端連接，運(yùn)算放大器的正輸入端分別連接電阻R5和R7的一端，電阻R7的另一端接地，電阻R5的另一端與熱電偶信號(hào)連接，運(yùn)算放大器的正輸入端還連接電阻R4的一端，電阻R4的另一端與所述冷端溫度輸入電路連接，運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端連接電阻R3的一端，所述電阻R3的另一端與所述調(diào)零偏置電壓電路連接。本設(shè)計(jì)具有線性優(yōu)良、性能穩(wěn)定、靈敏度高、熱容量小、抗干擾能力強(qiáng)、可遠(yuǎn)距離測(cè)溫且使用方便。
【專利說(shuō)明】一種熱電偶信號(hào)冷端溫度補(bǔ)償裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種熱電偶信號(hào)冷端溫度補(bǔ)償裝置，屬于傳感器信號(hào)處理【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]熱電偶作為一種接觸式溫度傳感器應(yīng)用非常普遍。它具有測(cè)量精度高、響應(yīng)時(shí)間快、測(cè)量范圍大、性能可靠、機(jī)械強(qiáng)度好、使用壽命長(zhǎng)、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。熱電偶最常用指定的大寫字母來(lái)指示其組成，例如K型用鎳鉻和鎳鋁制成。
[0003]傳統(tǒng)的冷端補(bǔ)償方法是熱電阻電橋補(bǔ)償法。由分立元件構(gòu)成的，其體積大、使用不夠方便、且在改變熱電偶類型時(shí)，需要重新調(diào)整電路的元件值。電橋補(bǔ)償方式是利用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢(shì)，來(lái)補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起的總電勢(shì)的變化，它是一種能隨著溫度變化而自動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒?。如將熱電偶冷端置于相同環(huán)境溫度中，電橋的輸出端串接在熱電偶回路中，其中3個(gè)橋臂電阻與限流電阻均用錳銅絲繞制，其阻值幾乎不隨溫度變化。另一電橋臂電阻R是由電阻溫度系數(shù)較大的鎳絲繞制的補(bǔ)償電阻，其阻值隨著溫度升高而增大，電橋由直流穩(wěn)壓電源供電。
[0004]熱電偶熱電勢(shì)和補(bǔ)償電橋輸出電壓兩者隨溫度變化特性不完全一致，故冷端補(bǔ)償器補(bǔ)償溫度范圍內(nèi)不到完全補(bǔ)償，誤差較大。因而熱電阻的非線性特征，導(dǎo)致了補(bǔ)償?shù)木容^低。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是:為克服上述問(wèn)題，提供一種自動(dòng)補(bǔ)償?shù)臒犭娕夹盘?hào)冷端溫度補(bǔ)償裝置。
[0006]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種熱電偶信號(hào)冷端溫度補(bǔ)償裝置，包括冷端補(bǔ)償運(yùn)算電路，所述冷端補(bǔ)償運(yùn)算電路分別連接有冷端溫度輸入電路和調(diào)零偏置電壓電路；
[0008]所述調(diào)零偏置電壓電路包括基準(zhǔn)電壓源，所述基準(zhǔn)電壓源一端與外接5V電源連接，其另一端與電位器RPl的一端連接，所述電位器RPl的另一端與電阻R2的一端連接，所述電阻R2的另一端接地；
[0009]所述冷端溫度輸入電路包括溫度傳感器，所述溫度傳感器一端與外接5V電源連接，其另一端與電阻Rl的一端連接，所述電阻Rl的另一端接地；
[0010]所述冷端補(bǔ)償運(yùn)算電路包括運(yùn)算放大器，所述運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端通過(guò)電阻R6與其輸出端連接，所述運(yùn)算放大器的正輸入端分別連接電阻R5和R7的一端，所述電阻R7的另一端接地，所述運(yùn)算放大器的正輸入端還連接電阻R4的一端，所述電阻R4的另一端連接在所述溫度傳感器和所述電阻Rl之間，所述運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端連接電阻R3的一端，所述電阻R3的另一端連接在所述電位器RPl和電阻R2之間。
[0011]優(yōu)選地，所述溫度傳感器為AD590溫度傳感器。
[0012]優(yōu)選地，所述基電壓源為AD584基準(zhǔn)電壓源。
[0013]優(yōu)選地，所述運(yùn)算放大器為0P07運(yùn)算放大器。
[0014]本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，與電橋補(bǔ)償相比，本設(shè)計(jì)具有線性優(yōu)良、性能穩(wěn)定、靈敏度高、熱容量小、抗干擾能力強(qiáng)、可遠(yuǎn)距離測(cè)溫且使用方便等優(yōu)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。
[0016]圖1是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是本實(shí)用新型所述冷端溫度輸入電路的電路圖；
[0018]圖3是本實(shí)用新型所述調(diào)零偏置電壓電路的電路圖；
[0019]圖4是本實(shí)用新型所述冷端補(bǔ)償運(yùn)算電路的電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。這些附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以示意方式說(shuō)明本實(shí)用新型的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本實(shí)用新型有關(guān)的構(gòu)成。
[0021]如圖1所示的本實(shí)用新型所述一種熱電偶信號(hào)冷端溫度補(bǔ)償裝置，包括冷端補(bǔ)償運(yùn)算電路，所述冷端補(bǔ)償運(yùn)算電路分別連接有冷端溫度輸入電路和調(diào)零偏置電壓電路；
[0022]所述冷端補(bǔ)償運(yùn)算電路包括運(yùn)算放大器，如圖4所示，所述運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端通過(guò)電阻R6與其輸出端連接，所述運(yùn)算放大器的正輸入端分別連接電阻R5和R7的一端，所述電阻R7的另一端接地，所述電阻R5的另一端與熱電偶信號(hào)連接，所述運(yùn)算放大器的正輸入端還連接電阻R4的一端，所述電阻R4的另一端與所述冷端溫度輸入電路連接，所述運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端連接電阻R3的一端，所述電阻R3的另一端與所述調(diào)零偏置電壓電路連接；
[0023]在本實(shí)施例中，以K型鎳鉻鎳鋁熱電偶為例，本新型分析了集成溫度傳感器冷端補(bǔ)償方法，進(jìn)而提高了溫度測(cè)量準(zhǔn)確性，并給出具體實(shí)現(xiàn)方案。使用其他類型熱電偶時(shí)，需要調(diào)整相關(guān)電阻的阻值。
[0024]所述調(diào)零偏置電壓電路包括基準(zhǔn)電壓源，如圖3所示，所述基準(zhǔn)電壓源一端與外接5V電源連接，其另一端與電位器RPl的一端連接，所述電位器RPl的另一端與電阻R2的一端連接，所述電阻R2的另一端接地，所述電阻R3的另一端連接在電位器RPl和電阻R2之間，所述基準(zhǔn)電壓源在本實(shí)施例中可以產(chǎn)生精準(zhǔn)2.5V電壓，其調(diào)節(jié)電位器RP1，使得電阻R2上產(chǎn)生的調(diào)零偏置電壓UO為10.65mV，可以作為冷端溫度輸入電路的調(diào)零偏置電壓；
[0025]所述冷端溫度輸入電路包括溫度傳感器，如圖2所示，所述溫度傳感器一端與外接5V電源連接，其另一端與電阻Rl的一端連接，所述電阻Rl的另一端接地，所述電阻R4的另一端連接在所述溫度傳感器和所述電阻Rl之間，在本實(shí)施例中，電阻Rl是39 Ω低溫度系數(shù)的精密電阻器。當(dāng)測(cè)量點(diǎn)的溫度發(fā)生變化時(shí)，所述溫度傳感器的輸出電流I隨之發(fā)生變化，其變化率與K氏溫度成正比，即I μ Α/Κ。
[0026]所述溫度傳感器提供的電流在電阻Rl上產(chǎn)生電壓差A(yù)U，其電壓變化率與攝氏溫度成正比，即0.039mV/°C。其電壓變化率與熱電偶的冷端電壓變化率一致，因此可以線性補(bǔ)償冷端溫度。
[0027]Λ U = (I μ Α/Κ) *R1 = (I μ A/°C ) *R1 = (I μ A/°C ) *39 = 0.039mv/°C (I)。
[0028]當(dāng)測(cè)量點(diǎn)為0°C (K氏溫度為273K)時(shí)，所述溫度傳感器提供的電流在電阻Rl上產(chǎn)生電壓UL，即10.65mV0
[0029]UL = (I μ A/K) *273*R1 = (I μ Α/Κ) *273*39 = 10.65mV (2)。
[0030]將冷端溫度輸入電壓、溫度傳感器調(diào)零偏置電壓、熱電偶冷端溫度電壓進(jìn)行加減運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)熱電偶冷端溫度的補(bǔ)償。其運(yùn)算公式為:
[0031 ] E = ET+UL-UO = ETO+ Λ E+ Λ U (3)；
[0032]式中:ΕΤ為隨冷端溫度變化的熱電偶電壓，其電壓由ΕΤ0+ΛΕ組成，ETO為冷端溫度TO為0°C時(shí)的熱電偶電壓，Λ E為冷端溫度T相對(duì)于TO的相對(duì)電壓差，UL-UO的值A(chǔ)U為隨溫度而變化的冷端補(bǔ)償電壓。
[0033]熱電偶冷端溫度補(bǔ)償過(guò)程，就是在冷端加入一個(gè)受同一環(huán)境溫度控制、相反極性的補(bǔ)償電勢(shì)，從而使冷端的總熱電勢(shì)不再隨環(huán)境溫度而變化，實(shí)現(xiàn)冷端溫度自動(dòng)全補(bǔ)償。
[0034]當(dāng)熱電偶的冷端溫度測(cè)量點(diǎn)為0°C (K氏溫度為273K)時(shí)，溫度傳感器提供的電流在電阻Rl上產(chǎn)生電壓UL，即10.65mV，溫度傳感器調(diào)零偏置電壓UO為10.65mV，代入運(yùn)算公式⑶可以得出冷端補(bǔ)償電壓為0V。
[0035]查找K分度表，可知冷端溫度為0°C時(shí)，E = ETO0
[0036]當(dāng)熱電偶的冷端溫度測(cè)量點(diǎn)為25°C (K氏溫度為298K)時(shí)，溫度傳感器提供的電流在Rl上產(chǎn)生電壓UL，S卩11.62mV，溫度傳感器調(diào)零偏置電壓UO為10.65mV，代入運(yùn)算公式
(3)可以得出冷端補(bǔ)償電壓為0.97mV。
[0037]查找K分度表，可知冷端溫度為25 0C時(shí)，ET為隨溫度變化的電壓，ΛΕ為-0.968mV，由公式可知:
[0038]E = ETO+ Δ E+ Δ U = ETO-0.968mV+0.97mV = ETO-0.002mV。
[0039]熱電偶冷端補(bǔ)償電壓誤差為0.002mV,對(duì)應(yīng)為0.05 V，誤差極小，線性度高，補(bǔ)償效果好。
[0040]在優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述溫度傳感器為AD590溫度傳感器，利用集成溫度傳感器AD590對(duì)熱電偶進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償，具有精度高、成本低、體積小、調(diào)試簡(jiǎn)單、使用靈活、冷端溫度補(bǔ)償范圍大等優(yōu)點(diǎn)，在使用中，只需將熱電偶的冷端與集成溫度傳感器AD590置于同一環(huán)境中，不論環(huán)境溫度如何改變，均可在電路的輸出端得到正比于熱電偶工作端溫度的電壓值。
[0041]在優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述基電壓源為AD584基準(zhǔn)電壓源，AD584基準(zhǔn)電壓源是一款八引腳精密基準(zhǔn)電壓源，提供引腳可編程的四種常用輸出電壓選擇:10.000 V、7.500 V、5.000 V 和 2.500 V。
[0042]在優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述運(yùn)算放大器為0P07運(yùn)算放大器，0P07運(yùn)算放大器最顯著的特點(diǎn)是失調(diào)電壓低為10 μ V，失調(diào)電壓溫度系數(shù)為0.2 μ VV，無(wú)需外補(bǔ)償和外接器件保護(hù)元件。廣泛應(yīng)用于穩(wěn)定積分、精密加法器、比較器、閾值電壓檢測(cè)電路和對(duì)微弱信號(hào)精確放大等電路。
[0043]以上述依據(jù)本實(shí)用新型的理想實(shí)施例為啟示，通過(guò)上述的說(shuō)明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)實(shí)用新型技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)實(shí)用新型的技術(shù)性范圍并不局限于說(shuō)明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來(lái)確定其技術(shù)



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【權(quán)利要求】
1.一種熱電偶信號(hào)冷端溫度補(bǔ)償裝置，其特征在于，包括冷端補(bǔ)償運(yùn)算電路，所述冷端補(bǔ)償運(yùn)算電路分別連接有冷端溫度輸入電路和調(diào)零偏置電壓電路； 所述調(diào)零偏置電壓電路包括基準(zhǔn)電壓源，所述基準(zhǔn)電壓源一端與外接5V電源連接，其另一端與電位器RPl的一端連接，所述電位器RPl的另一端與電阻R2的一端連接，所述電阻R2的另一端接地； 所述冷端溫度輸入電路包括溫度傳感器，所述溫度傳感器一端與外接5V電源連接，其另一端與電阻Rl的一端連接，所述電阻Rl的另一端接地； 所述冷端補(bǔ)償運(yùn)算電路包括運(yùn)算放大器，所述運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端通過(guò)電阻R6與其輸出端連接，所述運(yùn)算放大器的正輸入端分別連接電阻R5和R7的一端，所述電阻R7的另一端接地，所述運(yùn)算放大器的正輸入端還連接電阻R4的一端，所述電阻R4的另一端連接在所述溫度傳感器和所述電阻Rl之間，所述運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端連接電阻R3的一端，所述電阻R3的另一端連接在所述電位器RPl和電阻R2之間。
2.如權(quán)利要求1所述的熱電偶信號(hào)冷端溫度補(bǔ)償裝置，其特征在于，所述溫度傳感器為AD590溫度傳感器。
3.如權(quán)利要求1所述的熱電偶信號(hào)冷端溫度補(bǔ)償裝置，其特征在于，所述基準(zhǔn)電壓源為AD584基準(zhǔn)電壓源。
4.如權(quán)利要求1所述的熱電偶信號(hào)冷端溫度補(bǔ)償裝置，其特征在于，所述運(yùn)算放大器為0P07運(yùn)算放大器。
【文檔編號(hào)】G01K7/13GK204043810SQ201420509015
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月4日
【發(fā)明者】侯大勇, 奚志勇 申請(qǐng)人:蘇州長(zhǎng)風(fēng)航空電子有限公司