熱電偶測溫的兩大優(yōu)點相關的研究方法
熱電偶測量的是溫度差,而非溫度。只有知道熱電偶一端的溫度,才能借助熱電勢來求出另一端的溫度。這一點也與PN結、熱敏電阻溫度傳感器不同。這些傳感器一定的電壓或電阻就對應一個確定的溫度。而用熱電偶測溫時,必須借助另一個溫度標準確定冷端的溫度,才能測出熱端的溫度。為此,最簡單直觀的方法是用一個普通溫度計測出熱電偶冷端溫度,然后加上熱電偶測出的冷熱端的溫度差,就是熱端的真正溫度。各種各樣的冷端補償電路盡管千變?nèi)f化,復雜不同,依據(jù)的卻都是上述簡單辦法所包含的基本原理。
圖1電路是最簡單的熱電偶測溫電路,用I-CL7106的自身功能即可完成冷端補償和測溫。該電路所用熱電偶為K型,其溫差電動勢為40.7μV/℃,因此,用W2將IC1的基準電壓設定為40.7mV,IC1便成為滿度電壓為81.4mV的電壓表,相當于溫度量程2000℃。D1為冷端補償二極管,首先測出其溫度系數(shù)為2.38mV/℃,然后用電阻分壓法將其溫度系數(shù)壓縮為40.7μV/℃,與熱電偶一致。2.38mV/℃÷40.7μV/℃ ≈58.48,選電阻R1與R2之比為57.48,R1=33kΩ,則R2=574Ω。當溫度上升時,D1壓將減小,R2上的電壓上升,且是與D1溫度系數(shù)保持嚴格比例關系的40.7μV/℃,當然,選用的D1不同時,R1、R2的電阻比也應改變。
熱電偶產(chǎn)生的溫差電動勢迭加在R2的電壓上,再輸入到IC1的IN+端。同時,用W1、R3、R4將IC1的COM端與電源正端的基準電壓進行分壓,用以進行平衡調(diào)整,使在0℃時電壓表指示為零。這一電壓接在IC1的IN-端。這樣,當熱電偶的測量端不測量時,其溫差電動勢為零。電表指示的是D1測出的環(huán)境溫度。在測量端測量時,測出的熱電勢加在D1的分壓點上,電表指示的是熱端溫度。
該表的校準辦法是,在某一環(huán)境溫度下(最好是0℃時),調(diào)W1使數(shù)字表顯示環(huán)境溫度。然后再將熱電偶置于100℃的開水中,調(diào)W2使顯示100℃。也可在更高溫度上校準。以上校準的前提是R1、R2與D1的溫度系數(shù)匹配,否則,應預先校準R2。
圖2是DT838數(shù)字萬用表的測溫電路。該電路的冷端補償原理與上述電路差不多,但多用了一個運放LM358。將熱電偶的低電位端變成了共地(COM)的,便于利用萬用表原來的插孔插入熱電偶。該測溫的電壓表仍設定為滿度81.4mV。其特點是將冷端補償二極管的溫度電壓,通過LM358和R1、R2組成的反相跟隨器轉化為以COM為參照點的反相電壓,并通過電阻R3、R4的分壓使其變?yōu)?0.7μV/℃加在IC1的IN-端,熱電偶產(chǎn)生的溫差電動勢通過電阻R9加到IC1的IN+端。這樣,無論環(huán)境溫度的上升還是熱電偶測量端的溫度上升,都使電壓表的讀數(shù)增加,完成了相加功能。 該電路0℃平衡功能與圖1電路類似,只不過其電壓加到運放的同相端。其校準辦法也與圖1相同。
圖3電路是脫離了ICL7106的獨立測溫電路,既可用于數(shù)字表也可用于指針表。其冷端補償原理和測溫原理與上述電路相同,但用運放將溫差電動勢加以放大,以適應更廣泛的應用場合。該電路按圖中元件數(shù)值,輸出電壓為1mV/℃。0℃時輸出電壓為零,0℃以下輸出負電壓,用指針表時須改動一下指針0點位置。如果測溫范圍較小,也可將輸出改為10mV/℃,只要把圖中R5、W2分別換為160kΩ、20kΩ即可。
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