热电偶冷端温度补偿器的研制

J o u r n a l of S i c h u a n U n i v e r s i t y of S c i e n c e a n d T e c h n ol og y

文章编号:100025722(2002)增刊20015202

收到日期:2002205221

作者简介:汪　勇(19722),男,重庆忠县人,四川工业学院电子信息与电气工程系助教,在读研究生,主要从事应用电子的研究。

热电偶冷端温度补偿器的研制

汪　勇

(四川工业学院电子信息与电气工程系,四川成都　610039)

摘　要:　在温差电偶实验中,要保持冷端温度恒定,通常是将其冷端置于冰水混和物中。这种方法需要,实验准备复杂,且效果也不很理想。对实验进行改进,制作一台冷端温度补偿器,用其取代冰水混和物。实践证明,补偿器工作稳定,补偿准确,迅速,效果良好。

关键词:　温度补偿器;仪表放大器;热电偶;传感器　　中图分类号:TN377TM93

文献标识码:B

0　引言

传感器是指能感受规定的被测量并按照一定的规转换成可用的输出信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。随着科学技术的不断发展,传感器的应用领域已渗入到国民经济的各个部门以及人们的日常文化生活之中。比如,传感器在工业检测和自动控制系统中,在汽车工业中,在家用电器中,在机器人上等领域都有应用。因此,作为工科院校的大学生,掌握传感器的基本工作原理和使用方法就尤其重要。从此指导思想出发,我院实验中心根据已有的实验设备,再添置必要的设备,开出几个有代表性的实验,对学生起到抛砖引玉的作用。其中一个是《温差电偶的定标》实验。开始我们是把温差电偶的冷端置于冰水混和物中,冰水混和物置于保温杯中;使温差电偶的冷端温度基本保持不变。实验时,用一只水银温度计来测量冰水混和物的温度,即得温差电偶冷端的温度。在做实验的时侯,一般将温差电偶冷端的温度近似当作零摄氏度,但是,由于保温杯内的冰会逐渐溶化,结果温差电偶冷端的温度也会缓慢变化,这样就会使实验结果有较大的误差。为了减小这种误差,我们可以把温差电偶冷端 热端温度同时用水银温度计测出。这种方法操作极不方便,水银温度计的精度和读数误差也会影响实验结果。同时,准备实验需要用冰箱,准备工作繁琐,实验效果也不理想。为了克服以上弊端,力求装置简洁,操作方便,我对本实验进行了改进,制作一台温差电偶的冷端温度补偿器来代替冰水混和物,这样就不必,准备实验简便。温差电偶冷端的温度也不必实时监测。实验中不用保温杯,少用

一只水银温度计,实验装置简单,操作方便。由于采用

高精度,低温漂的仪表放大器,保证该装置补偿精度和工作的稳定性都很高。

1　电路工作原理

首先,我们来看一下《温差电偶的定标》的实验原理:

要定标温差电偶,就是要根据实验来测定e -t 的对应关系,(即确定a ,t0)即可得到e -t 的关系图,以后在应用温差电偶测温度时,就可测出温差电动势的值,再从e -t 的关系图中查对出相应的温度,从而达到测温的目的。在采用比较法对温差电偶定标时,我们把被校准的温差电偶和标准温度计同时浸没在水中,用电炉加热烧杯中的水,测出一系列水温,(即温差电偶的热端温度)及其对应的温差电动势,然后通过数据处理,得出e -t 的关系。从而对温差电偶定标。

温差电偶冷端温度补偿器的工作原理图如图1所示:运算放大器选用AD624。AD624是高精度仪表放大器。其增益可根据需要设置本装置。将其增益设置为1。

RW1,RW2,RW3,RW4,RW5均采用精密多圈电位器,使调试时调节平稳、精确。试验装置用AD592来检测热电偶冷端温度,根据不同的冷端温度提供不同的补偿量。AD592为电流型温度传感器。冷端稳度不同,提供的电流就不同,该电流与温度成线性关系,此电流流经RW3,在RW3上产生电压降,将该电压加到运算放大器的同相输入端,而热电偶产生的温差电动势加到放大器的反相输入端。为使热电偶冷热两端温差为零时,放大器输出电压为零,则在放大器的反相输如端需加上一个静态电压,此电压为161637mv 。具体推导如下:

图1　温度补偿器的工作原理框图

　　⑴温差电偶冷热两端温度均为零摄氏度,则:

u2=2731236019=161637(mv )因为:t 冷=t 热,

所以e 温差电动势=0(mv )

为使此时放大器输出电压为零,则需给放大器的反相输入端加上161637mv 的电压,该电压由21490V 的基准电压经R1,R2,RW2分压得到。该电压即为前面提到过的静态电压。因此,显然有:

V 0=(u 2-u 1)31=0(mv )

(2)u 2=(27312+t 冷)36019

=(161637+0106093t 冷)(mv )

由热电偶产生的温差电动势为:e =a 3(t 热-t 冷)

=0106093(t 热-t

冷)(mv )

注:(WR E 型热电偶的温度系数为010609毫伏/度)

u 1=161637-e

=161637-0106093t 内+0106093t 冷(mv )V 0=u 2-u 1=0106093t 热

=a 3t 热(mv )

由此可见,输出电压仅与温差电偶的温度系数和热端温度有关,而与冷端温度无关,即冷端温度已被补偿。

2　电源电路:

电源电路原理框图如图2所示:

图2电源电路原理框

　　电源由桥式整流,滤波,稳压电路构成。滤波电容选用并联结构,有利于降低电容的动态电阻,滤出高频干扰效果更好。并且在稳压电路后再一次滤波。温差电偶的工作电压质量的优劣,将直接影响该装置的精度。我对温差电偶的工作电源做了精心设计。用高精度的可调基准电压源L M336提供21490V 的基准电压,该电压再经R1,R2,RW2分压后提供给热电偶。RW2选用精密可调多圈电位器,以保证精确调整热电偶的工作电流,从而保证实验装置的精度可靠的工作。

2　调试

①调节RW1,使基准电压U 基准=21490V ;②将AD624的1,2脚短接,调RW4,RW5使输出电压V0=0;

③当热电偶冷热两端温度相等时,调RW2使AD624的1脚电压为161637mv ;

④用水银温度计测量出冷端温度,用(27312+t 冷)36019/1000(mv )计算出该值,然后调节RW3使AD624的2脚电压与该计算值相等即可。

参考文献

[1]黄继昌,徐巧鱼,张海贵,郭继忠,傅润何编著1传感器工作原

理及应用实例[M ]1北京:人民邮电出版社,19981

[2]李华主编1MCS -51系列单片机实用接口技术[M ]1北京:

北京航空航天大学出版社,19931

The Study and Made of Temperature Compensator of

the Clod Side of The Thermocouples

WAN G Y ong

(Dept 1of Electronic Information and Electric Engineering of Sichuan University of Science and Technology ,Chengdu 610039Sichuan China )

Abstract :On t he t hermocouple test ,t he clod spot of t he t hermocouple must be stable 1Mostly ,t he clod spot is p ut into t he mixt ure of water and ice 1The ice must be made by us 1t he p reparing working is complex and t he result is not satisfying 1For imp roving t his experiment ,a temperat ure compensator is made out ,which replaces t he mixt ure of water and ice 1The p ractice p roves t hat t he working of t he compensator is stable ,t he compensating action is accurate and quick ,t he effect is very good 1

K ey words :temperat ure compens1ator ;inst rument amplifier ;t hermocouple ;temperat ure sensors

61四川工业学院学报　　　　　　　　　　　　　　　　2002年