基于PN结的热电偶补偿电路设计(2)

Ｕｍ＝１Ｖ，取Ｒｚ＝１０ｋＱ，即可得到Ｉ＝１００弘Ａ。

Ｄ

图６调零衰减电路

在图６中，ｌｏｏ弘Ａ的恒定电流由图３中的恒流源电路提供，取Ｒ。＝Ｒ。，Ｒ４＝Ｒ６，根据差分电路的原理得到：

图４恒流源电路

Ｕ：＝忌。（Ｕ，一Ｕ）

（６）

通过改变负载电阻ＲＬ测得恒流源的电流——负载特

性如图５所示。

式中：Ｕ是二极管１Ｎ４１４８正向管压降的凋零电压；志。一

燕×是，为衰减系数。

将式（５）带入式（６）得：

（８）：

乩＝愚，（Ｕ。一砜）一忌，忌。

（７）

当调零电压ｕ。＝ｕ。，一忌。忌＝口时，上式可以变换为式

Ｕ＝口。

（８）

调零电压仉可以通过桥式调零电路获得精确的调零

电压。图６中电阻Ｒ３、Ｒ。、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８和运放ＬＭ３２４组成的是衰减电路。由于不同型号的热电偶的温变系数是不同的（如表ｌ所示），为了能够使得该补偿电路与不同型号的热

图５恒流特性

电偶均能匹配，衰减系数惫，需保持在较大范围可调。

表１

热电偶温度系数（单位：ｐＶ／。Ｃ）

由图５可见该恒流源在负载电阻ＲＬ小于１２ｋＱ时，有比较理想的恒流特性，能满足用１Ｎ４１４８进行冷端补偿时对供电电源的要求。２．２调零衰减电路

基于式（４）分析的原理及１Ｎ４１４８的温度特性所设计的调零衰减电路如图６所示。

２．３后级处理电路

后级处理电路主要包括运算放大电路和偶断检测电路。如图７所示。

图７后级处理电路

１２

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

后级由运放Ｕ２Ｃ和Ｕ２Ｄ及电阻Ｒ，。～Ｒ，。组成的电路主要是对热电偶信号的放大，图７中取Ｒ。。＝Ｒ。由加法放大电路原理可以得：

乩：＝乜［Ｕ＋Ｅ（￡，岛）］

（９）Ｄ

Ｄ

式中：愚：为热电偶信号的放大系数，曼。＝等×等。

１、ｌＯ

１、１４

将式（８）代入式（９）得：

Ｕ。。＝矗。［口ｏ＋Ｅ（￡，￡。）］＝矗：Ｅ（ｆ，Ｏ）

（１０）

式（１０）即为对热电偶冷端补偿后得到所需要热电偶热端电势。根据实际需要，同时调节Ｒ。和Ｒ一即可以使得放大系数是：满足后级电路的要求。在实际工作条件下，热电偶断裂是不可避免的，如果没有断偶检测功能，则会导致设备误操作，使系统失控。图７中的电阻Ｒ。和Ｃ：组成热电偶的断偶检测电路，当偶丝断裂时，由Ｒ，的上拉使得放大电路的后级输出较高的电势，后续电路通过检测电势就可以判断偶丝是否断裂。

３试验测试

用ＰＩＣｌ６Ｆ８７７Ａ单片机对热电偶冷端补偿后的信号Ｕ伽。进行Ａ／Ｄ采集，Ａ／Ｄ转换的分辨率为１０位，转换精度为１／２ＬＳＢ，试验时的基准温度值是通过温度传感器Ｄｓｌ８８２０测出的，ＤＳｌ８８２０的测量范围一５５～１２５℃，分辨率最大可达Ｏ．０６２５．ｃ［１０］，为了减少测量时带来误差，单片机对Ａ／Ｄ转换后的数据采用数值滤波处理，然后将滤波后的数值通过查热电偶热电势转温度表得出实际的温度值。试验所测得的数据如表２所示。

表２可见：本文设计的基于１Ｎ４１４８的热电偶冷端补偿电路对Ｅ型热电偶冷端补偿的误差≤１℃，误差率≤１％。

裹２实验数据

４结

论

１）通过分析得到１Ｎ４１４８在正向流过恒定电流的条件下其管压降具有负的、线性的温度系数。利用ｌＮ４１４８

万方数据

的温度特性可以实现对热电偶冷端补偿。

２）设计了基于稳压集成电路Ｌ７８０５和运放ＬＭ３２４的恒流源电路，该电路在负载小于１２ｋＱ时，其电流特性能

够满足热电偶冷端补偿电路对恒流特性的要求。

３）调零衰减电路能够实现对１Ｎ４１４８温度系数进行大范围的衰减，使得设计的热电偶冷端补偿电路可以对不同型号的热电偶进行冷端补偿。

４）通过试验数据表明该热电偶冷端补偿电路对Ｅ型热电偶冷端补偿的误差≤１℃，同时还具有断偶报警功能。

参考文献

［１］

薛猛．脉冲热压焊温度控制系统研制［Ｄ］．南京：河海

大学，２００８．

［２］王淑英．几种热电偶冷端补偿方法比较研究［Ｊ］．科学咨询，２００９（３）：７６．

［３］李希胜，王绍纯．热电偶冷端温度补偿新方法［刀．仪表技术与传感器，１９９９（３）：３３—３５．

［４］江和，田晓科．ＭＡｘ６６７５在各种型号热电偶温度测量中的应用［Ｊ］．电子测量技术，２００４，２１（４）：３１—３３．

［５］付东旭，黄成军，郭灿新，等．采用数字温度传感器进行热电偶冷端补偿的温度测量系统［Ｊ］．工业控制计算机，２００８，２１（４）：９１—９２．

［６］汪定江，王东锋，杨后川．基于单片机的Ｋ型热电偶冷端自动补偿设计［Ｊ］．机电产品开发与创新，２００９，

２２（１）：１２３—１２５．

［７］贾莉娜．基于Ｄｓ２７６０的一线热电偶的设计及应用［Ｊ］．国外电子测量技术，２００５，２４（１）：１７－１９．

［８］郭锐，徐玉斌．Ｋ型热电偶冷端补偿方案［Ｊ］．仪器仪表学报，２００６，２７（６）：３３１—３３３．

［９］

全国工业过程测量和控制标准化技术委员会．ＧＢ／Ｔ１６８３９．１—１９９７［Ｓ］．北京：中国标准出版社，２００４．

［１０］黄慧，殷兴辉．基于Ｄｓｌ８８２０的高分辨率温度数据采

集［Ｊ］．电子测量技术，２００９，３２（６）：１３１—１３３．

作者简介

包晔峰。男，工学博士，教授，主要研究方向为焊接设备及其工艺性能等。

Ｅ－ｍａｉｌ．ｂａｏｙｆ＠ｈｈｕｃ．ｅｄｕ．ｃｎ

单明东。男，硕士研究生，主要研究方向为机电一

体化。

Ｅ—ｍａｉｌ：ｓｈａｎｍｄ＠ｈｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ

１３

基于PN结的热电偶补偿电路设计

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

包晔峰， 单明东， 杨可， 蒋永锋， Bao Ye-feng， Shan Ming-dong， Yang Ke，Jiang Yong-feng

河海大学,机电工程学院,常州,213022电子测量技术

ELECTRONIC MEASUREMENT TECHNOLOGY2010,33(11)

参考文献(10条)

1.李希胜;王绍纯 热电偶冷端温度补偿新方法 1999(03)

2.王淑英 几种热电偶冷端补偿方法比较研究[期刊论文]-科学咨询 2009(03)3.薛猛 脉冲热压焊温度控制系统研制 2008

4.黄慧;殷兴辉 基于DS18B20的高分辨率温度数据采集[期刊论文]-电子测量技术 2009(06)5.全国工业过程测量和控制标准化技术委员会 GB/T 16839.1-1997 20046.郭锐;徐玉斌 K型热电偶冷端补偿方案[期刊论文]-仪器仪表学报 2006(06)

7.贾莉娜 基于DS2760的一线热电偶的设计及应用[期刊论文]-国外电子测量技术 2005(01)

8.汪定江;王东锋;杨后川 基于单片机的K型热电偶冷端自动补偿设计[期刊论文]-机电产品开发与创新 2009(01)9.付东旭;黄成军;郭灿新 采用数字温度传感器进行热电偶冷端补偿的温度测量系统[期刊论文]-工业控制计算机2008(04)

10.江和;田晓科 MAX6675在各种型号热电偶温度测量中的应用 2004(04)

本文链接：/Periodi …… 此处隐藏：725字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……