一种新的热电偶冷端温度补偿方法

　　1　前言

　　在制冷空调及热能动力工程的实验系统中,温差热电偶是广泛使用的测量温度传感器。由于热电偶测量回路中产生的热电势反映的是两端点间的温度差,为达到测量温度的目的,通常要采用冷端温度补偿方法。

　　本文介绍了一种新的冷端温度补偿方法,无须冰水槽或补偿电路,只需利用一个热电阻测量出冷端温度,利用软件即可实现对多个热电偶的冷端温度补偿。在多点温度测量时,该冷端温度补偿方法测量精度高,所需测量回路简单,特别适用于计算机测量系统。

　　2　测量原理

　　热电偶的热电势与被测温度的单值函数关系是在冷端温度为0℃时得出的,当热电偶的冷端(参考端)温度不为0℃时,测量回路中的热电势是由测量端温度T和冷端温度T0之间的温差产生的热电势E(T,T0)。根据中间温度定律,只要将E(T,T0)加上两结点温度为T。和0℃时的热电势E(T0,0),即可得到冷端温度为0℃的热电势E(T,0),即:

　　E(T,0)=E(T,T0)+E(T0,0)

　　其中E(T0,0)可以在测得冷端温度T0后,根据热电势和温度的单值函数关系求出,这样得到E(T0,0)后即可推算出被测温度T。

　　3　测量系统

　　3.1　系统组成

　　测量系统线路如图1所示,TC1至TCm是m个热电偶的测量端,它们的冷端都接到采集系统的端子板上,另有一个热电阻RTD置于端子板附近,以测量冷端(端子板)所处的环境温度TO。该热电阻采用四线法测量,接线如图2所示。这种接法可以消除测量时引线电阻和接触电阻引起的误差,由于热电阻和引线的接点处于同一温度,所以测量时热电阻回路不存在附加热电势。测量时测得标准电阻R上的电压降U1和铂电阻Rt上的电压降U2,再用以下方法求得热电阻阻值。

　　恒流源电流:

　　式中　R———标准电阻的阻值铂电阻阻值:

　　热电偶和热电阻的信号线接到多路开关的各个通道上,被选通测点的信号由多路开关输出,经过信号处理、放大、滤波、采样保持和AD转换后进入计算机[1],完成该通道信号的采集,然后再对采集得到的数据用软件进行计算处理,求出被测点的温度值。

　　3.2　温度测量及测量结果处理

　　测量步骤如下:

　　(1)标定热电偶和热电阻:

　　冷端温度为0℃时热电偶热电势与温度的函数关系为:

　　式中　a、b———和热电偶材料有关的常数[2]铂热电阻阻值和温度的函数关系为:

在0~630·74℃范围内:

在-190~0℃范围内:

　　式中　A、B、C———和铂电阻材料有关的常数[2]在测量之前,用温度校验仪对热电偶和热电阻分别进行标定,得出以上关系式中各系数的值。