热电偶测温的两大优点相关的研究方法
热电偶测量的是温度差,而非温度。只有知道热电偶一端的温度,才能借助热电势来求出另一端的温度。这一点也与PN结、热敏电阻温度传感器不同。这些传感器一定的电压或电阻就对应一个确定的温度。而用热电偶测温时,必须借助另一个温度标准确定冷端的温度,才能测出热端的温度。为此,最简单直观的方法是用一个普通温度计测出热电偶冷端温度,然后加上热电偶测出的冷热端的温度差,就是热端的真正温度。各种各样的冷端补偿电路尽管千变万化,复杂不同,依据的却都是上述简单办法所包含的基本原理。
图1电路是最简单的热电偶测温电路,用I-CL7106的自身功能即可完成冷端补偿和测温。该电路所用热电偶为K型,其温差电动势为40.7μV/℃,因此,用W2将IC1的基准电压设定为40.7mV,IC1便成为满度电压为81.4mV的电压表,相当于温度量程2000℃。D1为冷端补偿二极管,首先测出其温度系数为2.38mV/℃,然后用电阻分压法将其温度系数压缩为40.7μV/℃,与热电偶一致。2.38mV/℃÷40.7μV/℃ ≈58.48,选电阻R1与R2之比为57.48,R1=33kΩ,则R2=574Ω。当温度上升时,D1压将减小,R2上的电压上升,且是与D1温度系数保持严格比例关系的40.7μV/℃,当然,选用的D1不同时,R1、R2的电阻比也应改变。
热电偶产生的温差电动势迭加在R2的电压上,再输入到IC1的IN+端。同时,用W1、R3、R4将IC1的COM端与电源正端的基准电压进行分压,用以进行平衡调整,使在0℃时电压表指示为零。这一电压接在IC1的IN-端。这样,当热电偶的测量端不测量时,其温差电动势为零。电表指示的是D1测出的环境温度。在测量端测量时,测出的热电势加在D1的分压点上,电表指示的是热端温度。
该表的校准办法是,在某一环境温度下(最好是0℃时),调W1使数字表显示环境温度。然后再将热电偶置于100℃的开水中,调W2使显示100℃。也可在更高温度上校准。以上校准的前提是R1、R2与D1的温度系数匹配,否则,应预先校准R2。
图2是DT838数字万用表的测温电路。该电路的冷端补偿原理与上述电路差不多,但多用了一个运放LM358。将热电偶的低电位端变成了共地(COM)的,便于利用万用表原来的插孔插入热电偶。该测温的电压表仍设定为满度81.4mV。其特点是将冷端补偿二极管的温度电压,通过LM358和R1、R2组成的反相跟随器转化为以COM为参照点的反相电压,并通过电阻R3、R4的分压使其变为40.7μV/℃加在IC1的IN-端,热电偶产生的温差电动势通过电阻R9加到IC1的IN+端。这样,无论环境温度的上升还是热电偶测量端的温度上升,都使电压表的读数增加,完成了相加功能。 该电路0℃平衡功能与图1电路类似,只不过其电压加到运放的同相端。其校准办法也与图1相同。
图3电路是脱离了ICL7106的独立测温电路,既可用于数字表也可用于指针表。其冷端补偿原理和测温原理与上述电路相同,但用运放将温差电动势加以放大,以适应更广泛的应用场合。该电路按图中元件数值,输出电压为1mV/℃。0℃时输出电压为零,0℃以下输出负电压,用指针表时须改动一下指针0点位置。如果测温范围较小,也可将输出改为10mV/℃,只要把图中R5、W2分别换为160kΩ、20kΩ即可。
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