一款热电偶冷端补偿电路

转载：浙江蓝晓荣佚名期刊摘录

由于热电偶价格低廉且测量速度快、范围大 (从-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，从而得到真实的电势。

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-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2mV/℃，采用二极管作冷端补偿时，精度可达0.3℃~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℃~0.20℃。由于热电偶电势很低，在进行AD采样前需要对信号进行调理（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 Κ 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 ,把热端同样置开水中,结果热端与冷端的电势差变为 2.893mⅤ 。查 Κ 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⒈203mⅤ 。只要给热电偶正端叠加上⒈203mⅤ (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 /℃ ,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，60mV/1.203mV≈50倍 ,即把二极管的端电压变化减小到 l/50,方法很简单。电阻分压只要 R5/(R4+R5)=50即可。以 “ Κ”型热电耦为例见图 2,测量范围 -50℃~900℃ 。

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