基于PN结的热电偶补偿电路设计

研羝．弗镤计

电子测量技术

ＥＩ。ＥＣＴＲＯＮＩＣ

第３３卷第１１期２０１０年１１月

ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ

ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

基于ＰＮ结的热电偶补偿电路设计

包晔峰

单明东

杨

可常州

蒋永锋

２１３０２２）

（河海大学机电工程学院

摘要：热电偶在温控系统中得到了广泛应用，但在实际测温过程中对热电偶的冷端补偿是必不可少的。分析了几种常用的热电偶冷端补偿方法的优缺点，根据１Ｎ４１４８在恒流条件下其管压降与温度的线性关系设计了一种基于ＰＮ结的热电偶冷端补偿电路。该补偿方法具有成本低、精度高、通用性强等优点，该电路可以对不同型号的热电偶进行冷端补偿，同时具有断偶检测功能。对Ｅ型热电偶进行了冷端补偿试验，结果表明，该补偿电路对热电偶冷端补偿后使得温度偏差≤１℃。

关键词：热电偶；冷端补偿；ＰＮ结；恒流源；断偶检测中图分类号：ＴＭ９３０．１１５

文献标识码：Ａ

。

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Ｏ

引言

的补偿方法［３］，电路简单，在许多仪表中得到了应用，但是由于桥臂上电阻的精度和温漂以及热敏电阻的线性度等问题，桥式补偿电路的补偿精度较低，而且对于不同型号的热电偶必须作相应的匹配调整；集成芯片补偿法是采用热电偶冷端补偿专用芯片进行冷端补偿，如美芯公司的ＭＡＸ６６７５，是一款专门用于Ｋ型热电偶冷端补偿的芯片，转换精度可以达到ｏ．２５℃，温度测量范围ｏ～１０２３．７５℃，可以通过ｓＰＩ串行接口总线直接与单片机进行通信，但是其成本较高、通用性较差，当用于其他型号热电偶测温时需要一些特殊处理“１；软件补偿法哺１１通过另一个高精度温度传感器测出冷端温度，然后通过软件算法来补偿热电偶的冷端误差。此方法简单、精度高、成本低，但是软件开销大，不适合实时性要求高或复杂的系统。

本文利用ＰＮ结的温度特性设计了一种精度高、通用性强的热电偶冷端补偿电路∞］。‘

热电偶测量温度的基本原理是应用材料的热电现象，即当两根不同材料的导体组成闭合回路时，如果它们的两个结点的温度不同，则在该回路中就会产生热电势Ⅲ。热电偶具有结构简单、成本低、使用方便、精度高等优点，是工业上最常用的测温元件。热电偶的热电势不仅与测量端的温度有关，还与冷端的温度有关。实际测量时冷端温度是随环境温度随时变化的，因而为了提高测温精度，必须对热电偶进行冷端补偿。

目前常用的热电偶冷端补偿方法有：冰点法、电桥法、专用集成芯片法、软件法等。冰点法将热电偶的冷端置于冰水混合物中［”，使冷端温度恒定为ｏ℃，这种方法补偿精度高，误差小于Ｏ．００１℃，但是由于工作条件的限制，这种方法只适用于对热电偶的校准；桥式补偿电路是一种传统

１０

万方数据

包晔峰等：基于ＰＮ结的热电偶补偿电路设计

第１１期

１热电偶冷端补偿原理

１．１热电偶测温原理

热电偶测温电路可等效成图１。

图１热电偶测温等效电路

由图１可以推出热电偶测温时的输出电势为：

Ｅ（ｆ，岛）＝Ｅ（ｔ，Ｏ）一Ｅ（￡。，Ｏ）

（１）

式中：ｆ为热端温度；ｆ。为冷端温度；Ｅ（ｆ，岛）为热电偶热端相对于冷端的相对电势，下文简称输出电势；Ｅ（ｆ，ｏ）为热电偶热端相对于０℃的绝对电势，下文简称热端电势ｆＥ（￡。，ｏ）为热电偶冷端相对于０℃的绝对电势，下文简称冷端电势。由式（１）可以看出热电偶的输出电势Ｅ（ｆ，￡。）等于热端电势与冷端电势之差，并不是测量热端温度需要的电势，测量热端温度需要的是热端电势Ｅ（ｆ，ｏ），由式（１）得：

Ｅ（￡，Ｏ）一Ｅ（￡，￡。）＋Ｅ（￡。，Ｏ）

（２）

由式（２）可见，热端电势为输出电势与冷端电势之和，冷端电势即为补偿电势。一般情况下，冷端为室温。分析热电偶的热电势数据呻１，可以看出在一３０～５０℃的室温范围内，热电偶的热电势与温度之间有良好的线性关系，即Ｅ（岛，ｏ）可以用式（３）近似表示：

Ｅ（％，Ｏ）＝口ｒ。

（３）

式中：口为热电偶的温变系数，口＞ｏ，其数值与热电偶的类型有 …… 此处隐藏：1703字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……