1) 热电势实际上是热电偶冷热两端的温度差的反映,并不是热端的绝对温度,首先要知道参考端的温度值,最终的实际温度值应该是所测量的温度值加上参考端的温度值[2]。
2)如果有第三种金属,且第三种金属的两个接触端温度相同,将第三种金属连接入到测量电路中时,则这个回路总的热电势会不变,利用这个规则,在测量的回路中接入测量导线将不会影响测量的精度。
3)如果热电偶的冷端温度保持不变时,热电偶的热电动势将是热端温度的单值函数[2]。
热电偶所测量到的温度信号有以下几个特点:能用到高温的热电偶,信号都较小,最大的几十mV ,最小的十几mV,信号可能会被系统的纹波所淹没,这就意着对检测到的信号要进行放大,热电偶分度表中给出的数据是以0℃为参考点,实际应用时,环境常常不是0℃,故此必须要进行冷端补偿,热电偶的温度信号实际上非线性很大,并且各种热电偶随温度的升高,在某一温度下,热电势的增加量变小,这就使线性化变得困难,由于上述原因,热电偶的温度信号调理电路就比较复杂[4]。所以对热电偶进行调理电路设计就显得非常重要。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 K型热电偶冷端补偿技术
1.2.2 热电偶调理方法介绍
K型热电偶具有良好的特性,在工业应用中非常广泛,在实际使用中更要求利用K型热电偶设计的测温系统具有很强的抗干扰能力,采集的温度数据更准确,更稳定。目前对热电偶调理电路的设计主要包括有以下几种方面:文献综述
1)放大滤波模块。对于放大滤波部分可以采用运算放大器或者运算放大器相互级联的方法来实现放大功能,为了采集的信号不被系统的噪声所淹没,必须要加上相应的滤波电路。
2)冷端补偿部分。对于冷端补偿部分可以采用电桥补偿法或者采用热电偶冷端温度补偿专用芯片,如MAX6674、MAX6675、 AC1226、AD594/595、AD596/597等型号的芯片, 设计时依实际情况确定。
3)线性化部分。通常情况下用单反馈法和折线近似法可以改善其非线性。一般采用单片机编程或者采用线性插值法实现线性化[4]。
随着科学技术的发展,人们对测量设备的要求也越来越高,趋于智能化,精确化。科学家们又提出了一种智能补偿方法,即微机补偿,此种补偿方法能够更准确地对高准确度、多功能和智能化的测温仪表进行计量检测[5] ,即利用微机系统进行智能化补偿。智能化设计方案一般应用在测量精度要求比较高的场合,例如所设计的测量系统采用以32位ARM 微处理器的电路结构,此系统能够实现模数转换,非线性校正,数据拟合,人机交互等功能,在冷端补偿方面可以利用高精度的温度传感器来实现,为了方便比较测量可以同时完成多个通道的模数转换,将多个热电偶产生的热电动势在同一时间进行高精度转换,当进行测量工作时,后续的信号放大器将会对热电偶所产生的微弱信号进行放大,经过放大和滤波后,输出至A/D转换器进行模数转换,微处理器控制A/D转换器进行模数转换,获得热电偶电动势和冷端温度,然后微处理器对信号进行换算和非线性校正等处理,通过软件,实现前述的冷端补偿,取得热电偶工作端温度[7]。智能补偿方法虽然复杂,但此种设计的调理方案测量精度较高,适用于高精度测量场合。
应用比较广泛的热电偶测温系统的硬件电路主要组成部分包括电路防护、断线检测、AD转换、冷端补偿及MCU单元[8]。
热电偶作为一种接触式温度传感器应用非常普遍[9],因为在不同的应用场合,对所设计系统的要求不同,选择适合的价格,精度和不同抗干扰能力的测量系统就显得十分重要。 K型热电偶调理电路设计(3):http://www.751com.cn/zidonghua/lunwen_66482.html