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应用集成温度传感器的热电偶温度补偿.pdf

应用集成温度传感器的热电偶温度补偿

zzudb
2011-12-05 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《应用集成温度传感器的热电偶温度补偿pdf》,可适用于IT/计算机领域

河 北 工 业 科 技第卷 第期 第页HEBEIJOURNALOFINDUSTRIALVol No P总第期    年SCIENCETECHNOLOGYSum      文章编号:()应用集成温度传感器的热电偶温度补偿张苏英,孟 华,王素芝(河北科技大学电气信息学院,河北石家庄 )摘 要:温度传感器正向单片集成化的方向发展。但目前在测量较高温度时,集成温度传感器还不能取代传统的热电偶。热电偶测量温度时应进行冷端温度补偿。由于集成温度传感器测温精度高、线性和一致性好及外围电路简单,应用其实现热电偶冷端温度的自动补偿效果好。本文分别介绍了几种应用新型集成温度传感器的热电偶冷端温度补偿电路及校准方法。关键词:集成温度传感器热电偶温度补偿温度测量中图分类号:TH   文献标识码:A  温度传感器正向单片集成化的方向发展。但目前集成温度传感仅限于检测较低温度的场合,在测量较高温度时,仍广泛应用热电偶作为测温元件。热电偶是由种金属(或合金)材料构成的温度传感器。热电偶具有热电效应,当种金属A和B构成闭合回路并且在个结点存在温度差时,就会产生温差热电势,有公式e=EAB(T)EAB(T)=kq(TT)lnρAρB,()式中:EAB(T),EAB(T)分别为热端(T),参考端(T)的热电势,习惯上将参考端称作冷端,此端温度即测温仪表所处环境的温度k为波耳兹曼常数q是电子电量ρA,ρB依次为金属A,B中自由电子的密度。显然,当T>T时,热电势e为正T<T时e为负当T=T时e=。为便于测量温度,通常将冷端置于冰水混合物中,使之保持在℃环境下,但这会给测量带来不便。为此,可利用集成温度传感器实现热电偶冷端温度的自动补偿。 应用AD型温度传感器的热电偶冷端温度补偿 AD型温度传感器的性能特点AD是美国模拟器件公司(ADI)新推出的收稿日期:修回日期:责任编辑:陈书欣作者简介:张苏英(),女,河北深县人,副教授,主要从事自动控制方面的研究。种电流输出式模拟集成温度传感器。它被分成档:ADA,ADB和ADC,其中:ADC的测温精度最高。其主要特点如下。)其测温精度高,在单电源供电的情况下,测量误差最高±℃,测量范围是~℃。AD的重复性误差和长期稳定性均小于±℃。)它属于端集成温度传感器,外围电路简单,在常温测量领域中,可取代电热调节器、电阻式温度检测器(RTD)、热电偶和PN结等传统的温度传感器。  )其输出阻抗高,互换性很强。由于采用了激光修正的先进工艺和出厂测试手段,从而使AD的一致性很好,可以直接替换。)工作电源电压范围是~V,即使供电不稳定或者在反向电压高达V时,也不会损坏芯片。电流温度系数为μAK。 由AD构成的热电偶冷端温度补偿电路由AD构成的热电偶冷端温度补偿电路如图所示。所谓冷端温度补偿,就是在热电偶的冷端人为地加入个受同一环境温度控制并且与热电偶具有相同电压温度系数的相反极性的补偿电势e,从而使冷端的总热电势不再随环境温度而变化。由AD和电阻R来提供e,其极性为上端正,下端负,并且e=(μAK)RT=(μA℃)Rt,()对于K型(镍镉镍硅)热电偶而言,它具有正的电压温度系数,亦称塞贝克(Seebeck)系数,KI=图 由AD构成的热电偶冷端温度补偿电路Fig ThethermocoupletemperaturecompensationcircuitconsistedofADμV℃≈μV℃。现取R=Ω,代入式()中得到补偿电压e=(μV℃)·t,恰好能实现冷端温度自动全补偿,此时式()就简化成e=EAB(T)。需要注意,使用其他类型热电偶时,需相应调整R的阻值。图中的电阻Rp用来调节输出电压灵敏度。 应用LM型温度传感器的热电偶冷端温度补偿 LM型集成温度传感器的性能特点LM是美国国家半导体公司(NSC)生产的三端可调式集成恒流源,但它也可以作集成温度传感器使用。LM的同类产品还有LM(一类军品),LM(二类军品)。它们的电路原理完全相同,只是工作温度范围不同。LM为~℃,LM为~℃,LM为~℃。以LM的价格最低,国产代用型号为SL,W。R为LM的负载电阻。K型热电偶的电压温度系数K≈μV℃。当被测温度为℃时,热电势e=mV,经过LM放大到利用满量程为mV的∀−位数字电压表即可直读温度值(℃),分辨力为℃。仪表的测温精度是±。若配TP型测温探头,适宜测量~℃的温度配TP型探头时最高可测到℃。可利用mV数字电压表测量温度,此时应将小数点消隐,这时mV就对应于℃。 应用LM系列温度传感器的热电偶冷端温度补偿 LM系列集成温度传感器的性能特点LM系列是美国NSC公司生产的高精度、易校准的电压输出式集成温度传感器,其主要特点如下。)其输出电压与热力学温度成正比,电压温度系数为mVK。)测温精度高,范围宽。经校准后,LMALMA在℃的测温误差仅为±℃,在℃时误差小于±℃。非线性误差不超过±℃。测温范围:LMA为~℃LMA为~℃LMA为~℃。)动态阻抗低 当工作电流为~mA时,其动态阻抗仅为~Ω。)价格低,易校准 利用只kΩ电位器即可校准℃(即K)时的输出电压值。 由LM构成的热电偶冷端温度补偿电路 LM在热电偶测温电路中的应用LM在热电偶测温电路中的应用如图所示。电路中主要包括集成恒流源LM(IC)、精密运算放大器LM(IC),专配∀−位数字电压表。测量温度时要把K型热电偶(TP或TP型测温探头)置于被测温度环境中。热电偶所产生的热电势e经过电阻R加至LM的同相输入端,进行电压放大。R为负反馈电阻,C为频率补偿电容,R是反相端的输入电阻。由于热电势信号比较微弱,为减小测温误差,由LM构成一级电压放大器,再由LM型可调集成恒流源构成冷端温度补偿电路。采用V叠层电池供电,选择RSET=R=Ω。Rp为测温电路的校准电位器。图 应用LM的热电偶测温电路Fig ThethermocoupletemperaturecompensationcircuitconsistedofLM 第期           张苏英等 应用集成温度传感器的热电偶温度补偿图 由LM构成的K型热电偶冷端温度补偿电路Fig ThethermocoupletemperaturecompensationcircuitconsistedofLM  由LM构成的K型热电偶冷端温度补偿电路如图所示。利用LM来取值热电偶的冷端温度T,R为限流电阻,Rp是校准温度的电位器。LM的输出电压经过R和R分压之后,得到所需的补偿电压UB,其电压温度系数为  K=RRR×mVK=×mVK=μVK。()因UB接运算放大器LMA的反相输入端,故可视为K=μVK。K型热电偶产生的温差热电势e则接到LMA的同相输入端,经LMA放大之后就实现了热电偶的冷端温度补偿。考虑到LM的输出电压与热力学温度成正比,要想输出与摄氏温度成正比的电压信号U,还应扣除LM在℃时的输出电压U,此实际补偿电压就变成了U’B=UBU,最终可使输出电压U=(mV℃)·t。 结束语应用集成温度传感器实现热电偶冷端温度的自动补偿,方法简单,方便易行。经实际应用证明:补偿结果的精确度高且线性好。参考文献: 沙占友,庞志锋,张苏英新编实用数字化测量技术M北京:国防工业出版社,ApplicationofIntegratedTemperatureSensorinTemperatureCompensationforThermocoupleZHANGSuying,MENGHua,WANGSuzhi(CollegeofElectricalEngineeringInformantionScience,HebeiUniversityofScienceTechnology,ShijiazhuangHebei,China)Abstract:Inthispaper,thetemperaturecompensationforthermocoupleusingseveralintegratedtemperaturesensorsispresentedThetemperaturesensorisnowdevelopingforwardmonolithicintegratizationButnow,IntegratedtemperaturesensorscannotsubstituteforthermocoupleinmeasuringhightemperatureInthecaseofthattemperatureismeasuredbythethermocouples,thetemperaturecompensationmustbecarriedoutIntegratedtemperaturesensorsismostsuitableforthethermocouplecoldendtemperaturecompensationKeywords:integratedtemperaturesensorthermocoupletemperaturecompensationtemperaturemeasurement河 北 工 业 科 技                 第卷 

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