热电偶参考端电子线路补偿技术

　　0　引言

　　在许多测温方法中,热电偶测温得到了广泛的应用。不同的热电偶具有不同的精度,不同的响应时间,不同的测温范围,正确地使用热电偶能满足许多测量温度和控制温度的要求。

　　但是,热电偶测温存在冷端误差,即热电偶参考端所处环境温度的变化,使热电偶的测量值产生误差,影响实际测量精度,在实际应用中必须根据具体的要求予以修正。

　　热电偶参考端的补偿方式,常用的有冷端恒温(包括冰水保温、恒温槽),计算修正及电子线路方式。本文主要讨论采用几种电子线路补偿的具体方法。

　　1　基本原理

　　热电偶的热电势可由下式描述:

　　式中:A、B——热电偶两电极的代号;t、t0——热电偶热、冷端温度。

　　现在使用的由国际电工标准和相应国标所确定的分度表,是假定热电偶的冷端温度为0℃的条件,因此,使用这种分度表以及用这种分度表所标定的测温装置,也必须是在冷端温度为0℃的条件,否则将产生测量误差。如:应用S型热电偶铂铑10—铂测某温度其输出电势为4.007 mV;当冷端温度为0℃时,由其分度表查得t=477℃。若t0=35℃则实际的热端温度为497.5℃,可见如不考虑冷端温度的变化,这时将产生-20.5℃的测量误差。此即热电偶的冷端误差,它的大小取决于所选用的热电偶及冷端温度。下面介绍几种电子线路补偿的具体方法,即用电子线路方法,对于在给定的环境温度范围内的任何温度下,减掉与冷结点所产生的相等的电压。

　　2　具体方法

　　2.1　感温晶体管冷端误差补偿电路

　　使用感温晶体管组成冷端误差补偿网络,将它安插在比例放大器电路中,如图1所示,可有效地补偿冷端误差。

　　由图1可见,A1组成的比例放大器,对测温电势来说是一同相放大器,而对冷端感温晶体管产生的补偿信号而言,它是个反相放大器。A1的输出是两者作用的线性叠加,冷却端温度升高,热电偶产生的电热ex减小,使A1的输出下降。与此同时,温度升高使PN结的正向压降VD减小,会使A1输出回升,选择合适的参数,即可达到冷端补偿的目的。

　　由半导体物理可知,当通过晶体管PN结的电流恒定时,PN结的正向电压VD将随环境温度发生线性变化,其特性如下式所示:

　　式中:VD0——0℃的PN结的正向电压;

　　α——PN结正向压降的温度系数。

　　α的值约为-2.5 mV/℃,在一定温度范围内保持不变。

　　从性能上讲,最好采用特殊工艺制成的PN结温度传感器,但在一般应用场合,可以采用集电结短接的三极管,甚至一般的二极管,并将其置于冷端的温度环境中。