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热电偶的冷端补偿分析与完善优化的方法介绍

来源:www.wqhhs.com作者:发表时间:2016-10-29

4 热电偶的冷端补偿
4.1 热电偶的冷端补偿分析
QQ截图20161028151241.jpg根据式(2)可知,热电偶必须经过冷端温度补偿才能获得被测介质实际温度对应的热电势,根据此热电势才能计算出真实的温度值。显然,冷端温度的精度会影响到热电偶的测量精度,若冷端温度测量误差较大,会造成热电偶的测量温度值误差较大。冷端温度补偿目前常用的方法有3 种。
(1)直接测量冷端温度法
        冷端温度值直接采用温度传感器测量,测温仪表一般采用热电阻测量冷端温度, 然后利用式(2)获得最终的实际温度对应的热电势,最后利用线性化处理方法,获得实际温度值。
(2)电桥补偿法
        电桥补偿法是利用不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶因冷端温度不在0 ℃时引起的热电势变化值。使用补偿电桥时,应注意以下几点:①不同分度号的热电偶要配用与热电偶同型号的补偿电桥;
②补偿电桥与热电偶、电源和测量仪表连接时,要接线正确,特别是电源正、负极不可反接;③不平衡电桥的输出电压随直流电源的电压而变,因此直流电源的电压要恒定不变[5]。
(3)集成冷端补偿的芯片
        集成冷端补偿的芯片主要包括精密热电偶放大器和热电偶AD 转换器。
        例如AD8495 是一款集成冷端补偿的精密热电偶放大器,内部带有固定增益放大器,以提供5 mV/℃输出,该放大器具有高共模抑制性能,能够抑制热电偶的长引线可能拾取的共模噪声。针对K 型热电偶作了预校准,只适合于K 型热电偶测量。
        MAX31855 是一款集成冷端补偿的AD 转换器,器件输出14 位带符号数据,SPI 接口,转换器的温度分辨率为0.25 ℃, 具有热电偶开路检测功能,以及热电偶对GND 或VCC 短路检测功能。每款芯片只针对某一类型的热电偶测量,其灵活性不够。

4.2 热电偶的冷端补偿优化方法
        冷端补偿采用电桥补偿法实现, 其灵活性不够, 不同热电偶需要配与热电偶同型号的电桥,并且不平衡电桥的输出电压随直流电源的电压而变,因此直流电源的电压要恒定不变,对直流电源的精度要求比较高,基于以上缺点,目前电桥补偿法很少使用。
        集成冷端补偿的热电偶采集芯片的优点是集成冷端补偿,芯片体积小,具有热电偶开短路检测功能,但是其转换精度由芯片本身决定,只针对某一类型热电偶作了冷端补偿预校准,系统不能通过软件来修改热电偶采集类型。采用温度传感器采集冷端温度作冷端补偿,温度传感器可以选择高精度、高可靠、低温漂的传感器,采集到的冷端温度再转换成某一类型热电偶在该冷端温度下的热电势,系统利用式(2)实现了冷端补偿,并且系统可以通过程序设置测温仪表采集某一类型的热电偶,因此,该种方法灵活性好、精度高,可以用于多种类型热电偶信号采集。

5 结语
        综上所述,热电偶信号二次元件端采集精度主要取决于3 个方面的因素,包括热电偶信号采集电路, 热电偶信号的线性化以及热电偶的冷端补偿。任何一个因素处理不当都会影响到热电偶信号采集的精度, 本文通过以上3 个方面给出的优化方法,可以极大地提高热电偶信号二次元件端的采集精度,从而提高热电偶的测温精度。随着集成电路的高速发展,集成冷端补偿、高共模抑制能力、高精度、抗干扰能力强、可配置为多种类型热电偶测量的AD 转换器以后会越来越得到广泛的应用。