[發明專利]精密可調式熱電偶冷端溫度補償儀

有效

• 申請號: 201310752964.7
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN103674308A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 崔云先;郭立明;李東明;安陽;趙家慧;盛曉幸;邢磊
• 申請（專利權）人: 大連交通大學
• 主分類號: G01K7/12
• 分類號: G01K7/12
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 楊威;李洪福

技術領域

本發明涉及熱電偶的冷端補償溫度測量技術，具體的說是涉及一種適用于針對低溫情況下及微小型熱電偶輸出信號微弱，難以測量等場合使用的精密可調式熱電偶冷端溫度補償儀器。

背景技術

熱電偶溫度傳感器是目前接觸式測溫中應用最多的熱電式傳感器，具有結構簡單，制作方便，測溫范圍廣、熱慣性小等優點。

熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質導體A、B組成閉合回路。當兩端存在溫度梯度時，回路中就會有電流通過，此時兩端之間就會產生電動勢——熱電動勢，即存在塞貝克效應(Seebeck?effect）。溫度較高的一端為工作端（熱端），溫度較低的一端為參考端（冷端），標準熱電偶參考端通常處于某個恒定的溫度下，應為0℃，但由于0℃很難實現和控制，因此，熱電偶測量溫度時要求其冷端的溫度保持不變，其熱電勢大小才與測量溫度呈一定的比例關系。若測量時，冷端的溫度隨環境溫度變化，將嚴重影響測量的準確性。因此，應用熱電偶測量溫度時，必須對其進行冷端補償。

目前工業上廣泛使用的熱電偶冷端溫度補償方法有補償電橋法、冰點槽法和校正儀表零點法。

如圖5所示，補償電橋法是將電橋的輸出端與熱電偶串聯，并將熱電偶的冷端與電橋置于同一溫度場中。設計電橋時一般選擇20℃為電橋平衡溫度，此時a、c兩點電位相等，電橋輸出電壓為零。當溫度不等于20℃時，熱電偶由于冷端溫度變化使熱電偶的輸出電勢產生變化量△E，此時由于R_H（R_H的電阻溫度系數較大，其余橋臂電阻均由電阻溫度系數很小的錳銅絲繞成，可認為其阻值不隨溫度變化）的阻值變化，使a、c兩點間電位不等，電勢差不為零，自動給出一個補償電勢△E`。由于△E和△E`大小相等，方向相反，這樣便達到自動補償的目的。但此法中，不同型號的補償器往往只針對一種特定的熱電偶進行冷端補償和信號調理，不能針對多種類型熱電偶進行冷端補償，而且溫度補償范圍有限，只能在規定的范圍內使用，通常為0～40℃，補償精度低，受環境因素影響大。

冰點槽法是把熱電偶的參考端置于冰水混合物容器里。但這種辦法僅限于科學實驗中使用。為了避免冰水導電引起兩個連接點短路，必須把連接點分別置于兩個玻璃試管里，浸入同一冰點槽，使相互絕緣。

校正儀表零點法是當熱電偶的冷端溫度較為恒定時，可在測溫前斷開測試電路，將顯示儀表的機械零點調整到冷端溫度上，這相當于把熱電勢修正值預先加在顯示儀表上。當接通測量電路時，顯示儀表的指示值即為實際被測溫度。此法簡單易行，在工業上經常使用。如果控制室的室溫經常變化，會產生較大的測量誤差，儀表調整困難。

發明內容

鑒于已有技術存在的缺陷，本發明的目的是要提供一種補償精度高，受環境因素影響小，克服微弱信號不易測量等缺點，實現了能夠對多種類型熱電偶進行精確冷端補償的精密可調式熱電偶冷端溫度補償儀器。

為了實現上述目的，本發明的技術方案：

精密可調式熱電偶冷端溫度補償儀，其特征在于：包括穩壓電源電路、可調節冷端補償電路以及信號放大處理模塊；所述的穩壓電源電路分別與可調節冷端補償電路以及信號放大處理模塊連接，用于為整個儀器提供穩定的正負電源；所述的可調節冷端補償電路的輸出端與熱電偶串聯，用于輸出若干路適用于不同型號熱電偶冷端補償的電壓信號；所述的信號放大處理模塊分別與測量儀表、可調節冷端補償模塊的輸出端連接，用于將冷端補償電壓信號與熱電偶產生電壓信號疊加，經濾波、放大后，輸出補償后的熱電偶信號。

所述的穩壓電源電路包括交流變壓器T1，橋式整流電路，濾波電路，穩壓集成模塊IC1、IC2以及去紋波電容，所述的交流變壓器T1用來將220V交流電轉化為橋式整流所需電壓；所述的橋式整流電路用于將交流變壓器T1輸出的交流電壓轉化為直流電壓；所述的穩壓集成模塊用于儀器內的其他模塊提供穩壓電源，所述的去紋波電容用于濾除穩壓集成模塊輸出電源的干擾信號，提高電源的輸出精度。

所述的穩壓電源電路連接發光二極管，用于指示穩壓電源模塊工作狀態。

所述的可調節冷端補償電路包括精密集成溫度傳感器以及與其連接的精密分壓電阻，所述的精密集成溫度傳感器用于測量熱電偶冷端溫度，并將檢測的冷端溫度信號轉換為模擬電壓信號后輸出相應的電壓信號；所述的精密分壓電阻用于將精密集成溫度傳感器輸出的電壓信號進行分壓，產生適用于不同類型熱電偶所需補償信號。