在设计热电偶检定系统的冷端补偿方案时,由热电偶测温原理可知,只有当热电偶的冷端温度保持不变,热电势才是被测温度的单值函数。而且,在工程技术上使用的热电偶分度表,和根据分度表刻划的测温显示仪表的刻度,都是根据冷端温度为0℃而制作的。另外在实际使用时,由于热电偶的热端(测量端)与冷端离得很近,冷端又暴露于空气中,容易受到环境温度的影响,因而冷端温度很难保持恒定。因此要采用适当的措施对冷端温度进行补偿,使热电偶测温准确而且方便。
根据中间温度定律,当热电偶冷端温度to≠0°C时,热电偶热端温度t和输出热电势E(t,0),之间的关系式为:
E(t,0)= E(t,to)+ E(to,0)
式中,E (t,0),是热电偶热端温度为t、冷端温度为0C时的输出热电势;
E(t,to),是热电偶热端温度为t、冷端温度为to时的输出热电势;
E(to,0),是热电偶热端温度为to、冷端温度为0C时的输出热电势。
在热电偶热端温度t一定时,E(t, 0)为定值。当热电偶冷端温度to变化时,E (to, 0)随之变化,从而导致E(t, to)变化,故要准确地测量热电偶热端温度,必须实时测量冷端温度,进行冷端温度补偿。
在实际应用中,常用的热电偶冷端补偿方法有冷端恒温法、补偿导线法、冷端温度校正法、电桥补偿法、二极管补偿法、集成温度电路补偿法等。通常有两种温度补偿方式:方式一,搭建温度补偿回路;方式二,***测量冷端环境温度,选择软件补偿。方式二可以较***地测量仪器热电偶接入点的环境温度,这将成为系统整体测量精度的决定因素之一。
目前控制中多采用以下3种方法测量环境温度。
(1)直接借用CPU内部温度传感器,但是首先测量设备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0.1C,精度士2'C,难以满足测量要求。
(2)使用新型智能温度传感器,但此方法同样存在芯片外壳对环境温度的滞后性影响问题。
(3)高精度A/D采样芯片+远端温度传感器。可感知温度变化量小于0.02C,采取防波动措施后,可保证PN结0.2℃和系统0.5℃的误差要求。
以上列出的温度测量方法都必须经过A/D转换等电路,都会引入转换误差。HSIN9000热电偶自动检定系统对冷端的补偿采用一支二等标准铂电阻安装于热电偶冷端处,用测仪表直接读取标准铂电阻的阻值,通过通信口送入计算机,计算机通过查表法计算出冷端温度值。这样,因为标准铂电阻测量误差可以达到士0.02C,没有中间环节精度得到了进一步提高,提高了仪表的复用率,节省硬件开支。
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