热电偶温度信号的冷端补偿和线性化 点击:377 | 回复:1



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发表于:2008-11-20 13:45:50
楼主

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温度信号的检测和控制,除了利用有源元件外,多数是采用热电阻或热电偶。这里介绍热电偶温度信号的处理。热电偶有着广泛的应用,应用得较多的有S、B、K、T、E热电偶。但是,已有资料介绍N偶也有很大的应用前途。这是由于N偶在高温下抗氧化能力强,长期稳定性好,能承受大幅度的温度冲击等等。由于N偶开发应用较晚,所以没有得到充分的利用。我们相信N偶很快会加入到主要的应用范围中来。
热电偶检测到的温度信号有如下特点:
(1)能用到高温的热电偶,信号都较小,如B偶,1800°C时只有13.585mV。即使是信号较大的K偶,在1300°C时,也只有52.398mV。这就意味着对检测到的信号要进行放大。
(2)热电偶分度表中给出的数据是以0°C为参考点。实际应用时,环境常常不是0°C。为热电偶冷端创造一个0°C环境,通常的作法是进行冷端补偿。
(3)热电偶的温度信号非线性很大,尤其是B偶。并且,各种热电偶随温度的升高,在某一温度下,热电势的增加量变小。这就使线性化变得困难。
由于上述原因,热电偶的温度信号调理电路就比较复杂。下边我们主要介绍适用于各种热电偶信号调理电路的冷端补偿和线性化方法。
二、冷端补偿
热电偶的电势差EAB为:
式中, —Seebeck系数;
T—热端或工作端的温度;
T0—冷端或自由端的温度。
一般使用说明书给出的EAB-T曲线或数据,都是以T0=0°C给出的,因此,实际应用时若T010°C应进行修正,称为冷端补偿或应用下式进行修正。
式中,t0为冷端温度。例如,利用K偶进行温度测量,当t0=30°C时,测得EAB(T,t0)=36.29mV,依K偶的分度表查得EAB(t0,0)=EAB(30,0)=1.20mV,则依前式得:
mV 查表得904°C。
利用热敏电阻进行冷端补偿有时很方便,如图1所示。校准时要将Pt100换成标准电阻100W。校准后,再换上Pt100即可。 利用AD590的冷端补偿电路如图2所示。图中的数据适用于K偶,对其它热电偶,Seebeck系数、R2、V2的值应作相应改变。
热电偶温度信号的线性化
热电偶温度信号非线性是比较大的,如B偶,从0°C升高到1800°C,热电势从0mV变化到13.585mV,每100°C热电势增加最大的约为最小的8倍。B偶的最大输出热电势只有13.585mV,而且当温度升高到约1700°C时,该增加值下降。其它热电偶都存在类似的问题,尽管稍有不同。这又给线性化增加了难度。
从这一特性出发,热电偶温度信号的线性化主要有如下几种方法。
(1)单反馈法
利用负反馈,可以改善其线性,但是很有限。几种非线稍小的热电偶,可以采用这种方法,特别是在温区要求不宽的情况下。有时,由于在其一温区有精度要求,那么就在该温区对信号进行调理,达到要求的目标;在其它温区可以放宽精度要求,甚至不要求,只作监视用。
(2)折线近似法
这是一种对非线性较大的信号处理的较好的方法。处理得好可以达到较高的精度。这种方法普遍适用于各种热电偶的整个正信号温区。

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发表于:2008-11-21 13:09:58
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