热电偶冷端补偿的原理

实验一 K型热电偶冷端温度补偿实验

一、 实验目的：

了解热电偶冷端温度补偿器的原理与补偿方法。

二、 需用器件与单元：

主机箱中的智能调节器单元、电压表、转速调节0~24V电源、15V直流稳压电源；温度源、Pt100热电阻（温度控制传感器）、K热电偶（温度特性实验传感器）、温度传感器实验模板；压力传感器实验模板（作为直流mV信号发生器）、冷端温度补偿器、补偿器专用+5V直流稳压电源。

三、 基本原理：

本实验为K分度热电偶。冷端补偿器外形为一个小方盒，有4个引线端子，4、3接+5V专用电源，2、1输出补偿热电势信号；它的内部是一个不平衡电桥，如图33-1所示。这个直流电桥称冷端温度补偿器，电桥在0ºC时达到平衡（亦有20ºC平衡）。当热电偶温度升高时（>0ºC)热电偶回路电势Uab下降,由于补偿器中,PN呈负温度系数,其正向压降随温度升高而下降,促使2端电位上升,使Vi不变达到补偿目的。

图1 热电偶冷端温度补偿器原理

四、实验步骤：

1、温度传感器实验模板放大器调零：按图2示意接线。将主机箱上的电压表量程切换开关打到2V档，检查接线无误后合上主机箱电源开关，调节温度传感器实验模板中的Rw2(增益电位器）顺时针转到底，再调节Rw3(调零电位器）使主机箱的电压表显示为0V（零位调好后Rw3电位器旋钮位置不要改动）。关闭主机箱电源。

图2 温度传感器实验模板放大器调零接线示意图 2、调节温度传感器实验模板放大器的增益A为100倍：利用压力传感器实验模板的零位偏移电压作为温度实验模板放大器的输入信号来确定温度实验模板放大器的增益A。按图2示意接线，检查接线无误后合上主机箱电源开关，调节压力传感器实验模板上的Rw2(调零电位器)，使压力传感器实验模板中的放大器输出电压为0.01V（用主机箱电压表测量）；再将0.01V电压输入到温度传感器实验模板的放大器中，再调节温度传感器实验模板中的增益电位器Rw2（小心：不要误碰调零电位器Rw3），使温度传感器实验模板放大器的输出电压为1.000V（增益调好后Rw2电位器旋钮不要改动）。关闭电源。

单热电偶应用中冷结点补偿的实现

时间:2012-9-1 作者:辛集科鑫

热电偶应用中冷结点补偿的实现

因为热电偶是差分温度测量器件，在处理热电偶信号时以冷结点作为参考点，考虑到非零摄氏度冷结点的电压，必须对热电偶输出电压进行冷结点补偿。本文比较了几种冷结点补偿器件，并以硅温度传感器检测IC为例介绍了三种应用设计方法和测量的结果。

温度测量应用中有多种类型的传感器，热电偶是最常用的一种，可广泛用于汽车、家庭等。与电阻式温度检测器(RTD)、热电调节器、温度检测集成电路(IC)相比，热电偶能够检测更宽的温度范围，具有较高的性价比。另外，热电偶的鲁棒性、可靠性和快速响应时间使其成为各种工作环境下的首选。当然，热电偶在温度测量中也存在一些缺陷，例如线性特性较差。除此之外，RTD和温度传感器IC可以提供更高的灵敏度和精度，可以很理想地用于精确测量系统。热电偶信号电平很低，常常需要放大或高分辨率数据转换器进行处理。如果排除上述问题，热电偶的低价位、易使用、宽温度范围可以使其得到广泛使用。

热电偶与冷结点补偿

热电偶是差分温度测量器件，由两段不同的金属线构成，一段用作正结点，另一段用作负结点。表1列出了四种最常用的热电偶类型、所用金属以及对应的温度测量范围。热电偶的两种不同金属线焊接在一起后形成两个结点，如图1a所示，环路电压是两个结点温差的函数。这利用了Seebeck效应，通常描述为热能转换为电能的过程。Seebeck效应与Peltier效应相反，Peltier效应为电能转换成热能的过程，典型应用有热电致冷器。如图1a所示，测量电压VOUT是检测结点(热结点)结电压与参考结点(冷结点)结电压之差。因为VH和VC是由两个结的温度差产生的，VOUT也是温差的函数。比例因数α对应于电压差与温差之比，称为Seebeck系数。

图1b所示是一种最常见的热电偶应用。该配置中引入了第三种金属(中间金属)和两个额外的结点。本例中，每个开路结点与铜线电气连接，这些连线为系统增加了两个额外结点，只要这两个结点温度相同，中间金属(铜)不会影响输出电压。这种配置允许热电偶在没有独立参考结点的条件下使用。VOUT仍然是热结点与冷结点温差的函数，与Seebeck系数有关。然而，由于快速热电偶测量的是温度差，为了确定热结点的实际温度，冷结点温度必须是已知的。冷结点温度为0℃(冰点)时是一种最简单的情况，如果TC=0℃，则VOUT=VH。这种情况下，热结点测量电压是结点温度的直接转换值。美国国家标准局(NBS)提供了各种类型热电偶的电压特征数据与温度对应关系的查找表，所有数据均基于0℃冷结点温度。利用冰点作为参考点，通过查找适当表格中的VH可以确定热结点温度。

冷端补偿

1、概念：热电偶测量温度时要求其冷端（测量端为热端，通过引线与测量电路连接的端称为冷端）的温度保持不变，其热电势大小才与测量温度呈一定的比例关系。若测量时，冷端的（环境）温度变化，将严重影响测量的准确性。在冷端采取一定措施补偿由于冷端温度变化造成的测量不准确称为热电偶的冷端补偿。

2、方法：

1）保持冷端温度恒定；

2）将冷端实时温度通过补偿函数对热电偶进行温度补偿。

3、热电阻采用三线制的原因：采用三线制是为了消除连接导线电阻引起的测量误差。这是因为测量热电阻的电路一般是不平衡电桥。热电阻作为电桥的一个桥臂电阻，其连接导线（从热电阻到中控室）也成为桥臂电阻的一部分，这一部分电阻是未知的且随环境温度变化，造成测量误差。采用三线制，将导线一根接到电桥的电源端，其余两根分别接到热电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，这样消除了导线线路电阻带来的测量误差。

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. K型热电偶冷端补偿方案

时间:2007-12-07 来源: 作者:郭锐 徐玉斌 点击：1742 字体大小:【大 中 小】

1 引言

在SMT 行业中为满足自动化大批量生产的需要,绝大多数企业采用隧道式连续传送结构的回流焊炉。这种回流焊炉普遍至少具有3 个温区。由于印制板上的温度变化远比仪表的显示温度复杂得多,因此对于回流焊炉操作者来说只凭经验,很难在短时间内把这种回流焊炉的温度和传动速度调节到最佳状态。

因此,须将细丝状K型热电偶的探头用焊料或高温胶粘剂固定在印制板的监测点上,温度记录器和印制板一起随炉子的传送网或传送链从炉膛中穿过,与此同时,记录器自动以预定时间间隔采样热电偶的温度信号,并将随时间变化的温度数据保存在记录器的非易失性存储器中。在此过程中, 温度记录仪的外界温度可能达到270 ℃以上,其内部温度采取必要的隔热技术后也在60 ℃左右。而热电偶的理论冷端温度为纯水冰点温度(0 ℃) ,故而必须对此给予补偿。

2 方案选择

2.1 硬件系统方案

现有产品多采用3 种方法测量冷端环境温度。

(1) 直接借用CPU 内部温度传感器,如Cygnal 的CF020。然而,首先记录仪内部温度场并不均匀,热点偶补偿线接入点的温度与CPU 的表面温度存在差值;其次,集成温度传感器的灵敏度一般为0.1 ℃,精度±2 ℃,难以满足测量要求。

(2) 使用新型智能温度传感器,如美信DS1626,12bit 采样精度,3 线串行数据通信, 0 ℃ to + 70 ℃，2.7V

(3) 高精度A/D 采样芯片+远端温度传感器。

经过理论分析和实践,我们采用了改进型的第3种方案。如图1 所示,硬件系统主要由基准电压源(ADR420) 、高精度采样芯片(MAXIM1403) 、温敏三极管(3DG6) 和CPU(CF320) 组成。

图1 硬件系统原理图

ADR420 提供2.048V 基准电压,精度0.05 % ,温漂3PPM/℃。MAX1403 是一种18 位、过采样的AD 芯片,它利用Σ-△调制器和数字滤波器可实现真正的16 位转换精度。MAX1403 能够提供具有独立编程( 增益从1V/V