热疗温控系统中热电偶的冷端补偿

　　1绪论

　　从生物学角度来看，加温可引起生物细胞新陈代谢的变化，有杀灭肿瘤毒细胞作用，加温治疗肿瘤具有生物学依据和合理性。由于温度是热疗的关键因素，热疗过程必须有严格的测温和控温技术。

　　热疗领域的温度检测从根本上讲分为两种类型，一种为接触式测温，另一种为非接触式测温。接触式测温是指测温探头借助针头或套管置入生物体组织内，所使用的测温探头既有热电偶和热电阻这样的常规探头，也有为在强电磁场下使用而专门研制的探头。热敏电阻具有较高的灵敏度，并且稳定性较高，珠状热敏电阻对热疗研究来说是最合适的，如果选择一致性较好的热电阻，其在加热场有限温度区间互换性将优于 0.1℃;热电偶的优点是可以做的非常小，既可以做成单针，又可以制成多针测温装置。为了减小误差来源热电偶接点与引线应足够细小。这里我们采用自己焊接的铜-康铜热电偶，其特点是体积小、灵敏度高。

　　2热电偶特性

　　热电偶的热电势大小，只与热电偶的温度差有关。若参比端的温度保持一定，即f(t0)等于常数C，这时热电偶的热电势仅是测量端温度 t 的单值函数。因此，实际应用时，一般均要设法保持参比端温度恒定，可用下式表示：

　　从(1)式可以看出，这时热电偶的热电势值与热电偶测量端温度t 建立了对应的关系。只要测出热电势值的大小，就间接地知道了测量端温度，这就是热电偶测量温度的原理。

　　热电势EAB(T,T0)是两个接点温度的函数。此时，只有EAB(T0)=常数，即T0=常数，才能得到EAB(T,T0)= Φ(T)，保持单一值关系。

　　在确定这个函数关系时，不是用精确的数学表达式，而是用实验方法，采用分度表的形式表达出温度与电势之间的关系值。

　　按国际标准，在制分度表时，要保持热电偶的冷端温度在T0=0℃的条件。所以在使用热电偶时，只有满足 T0=0℃的条件下，才能直接应用分度表或分度曲线。然而在实际测量中，冷端温度常随工作环境温度而改变，这将引入测量误差，因此，必须进行冷端补偿。

　　3热电偶冷端补偿的实现

　　热电偶在工业现场使用时一般都需要对冷端进行补偿，尤其在高温度，高精度测量系统中更为重要。补偿方法常用的有0℃法、冷端恒温法、导线电桥补偿、PN 结补偿法等。我们采用的PN 结补偿法，利用PN 结随温度升高结电压减小的性质，在补偿电桥法的基础上，用二极管代替补偿电阻。将PN 结温度传感器冷端测量电桥置于与热电偶冷端相同的环境中，并使其与热电偶放大器具有相同的灵敏度。再将它们的输出分别连接到求和电路相加，则自动地补偿了因冷端温度变化而引起的误差。