精密可調(diào)式熱電偶冷端溫度補償儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種精密可調(diào)式熱電偶冷端溫度補償儀，包括穩(wěn)壓電源電路、可調(diào)節(jié)冷端補償電路以及信號放大處理模塊；所述的穩(wěn)壓電源電路分別與可調(diào)節(jié)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(wěn)定的正負電源；所述的可調(diào)節(jié)冷端補償電路的輸出端與熱電偶串聯(lián)，用于輸出若干路適用于不同型號熱電偶冷端補償?shù)碾妷盒盘?；所述的信號放大處理模塊分別與測量儀表、可調(diào)節(jié)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(chǎn)生電壓信號疊加，經(jīng)濾波、放大后，輸出補償后的熱電偶信號。本發(fā)明補償精度高，受環(huán)境因素影響小，克服微弱信號不易測量等缺點，能夠?qū)崿F(xiàn)對多種類型熱電偶進行精確冷端補償。
【專利說明】精密可調(diào)式熱電偶冷端溫度補償儀
【技術領域】
[0001]本發(fā)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(diào)式熱電偶冷端溫度補償儀器。
【背景技術】
[0002]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(yōu)點。
[0003]熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質(zhì)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(chǎn)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(TC，但由于(TC很難實現(xiàn)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(huán)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。
[0004]目前工業(yè)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。
[0005]如圖5所示，補償電橋法是將電橋的輸出端與熱電偶串聯(lián)，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°C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°C時，熱電偶由于冷端溫度變化使熱電偶的輸出電勢產(chǎn)生變化量A E，此時由于Rh (Rh的電阻溫度系數(shù)較大，其余橋臂電阻均由電阻溫度系數(shù)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AE'。由于AE和AE'大小相等，方向相反，這樣便達到自動補償?shù)哪康?。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(diào)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(guī)定的范圍內(nèi)使用，通常為0?40°C，補償精度低，受環(huán)境因素影響大。
[0006]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。
[0007]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(diào)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(yè)上經(jīng)常使用。如果控制室的室溫經(jīng)常變化，會產(chǎn)生較大的測量誤差，儀表調(diào)整困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]鑒于已有技術存在的缺陷，本發(fā)明的目的是要提供一種補償精度高，受環(huán)境因素影響小，克服微弱信號不易測量等缺點，實現(xiàn)了能夠?qū)Χ喾N類型熱電偶進行精確冷端補償?shù)木芸烧{(diào)式熱電偶冷端溫度補償儀器。
[0009]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案:
[0010]精密可調(diào)式熱電偶冷端溫度補償儀，其特征在于:包括穩(wěn)壓電源電路、可調(diào)節(jié)冷端補償電路以及信號放大處理模塊；所述的穩(wěn)壓電源電路分別與可調(diào)節(jié)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(wěn)定的正負電源；所述的可調(diào)節(jié)冷端補償電路的輸出端與熱電偶串聯(lián)，用于輸出若干路適用于不同型號熱電偶冷端補償?shù)碾妷盒盘?；所述的信號放大處理模塊分別與測量儀表、可調(diào)節(jié)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(chǎn)生電壓信號疊加，經(jīng)濾波、放大后，輸出補償后的熱電偶信號。
[0011 ] 所述的穩(wěn)壓電源電路包括交流變壓器Tl，橋式整流電路，濾波電路，穩(wěn)壓集成模塊ICU IC2以及去紋波電容，所述的交流變壓器Tl用來將220V交流電轉(zhuǎn)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Tl輸出的交流電壓轉(zhuǎn)化為直流電壓；所述的穩(wěn)壓集成模塊用于儀器內(nèi)的其他模塊提供穩(wěn)壓電源，所述的去紋波電容用于濾除穩(wěn)壓集成模塊輸出電源的干擾信號，提高電源的輸出精度。
[0012]所述的穩(wěn)壓電源電路連接發(fā)光二極管，用于指示穩(wěn)壓電源模塊工作狀態(tài)。
[0013]所述的可調(diào)節(jié)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(zhuǎn)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(chǎn)生適用于不同類型熱電偶所需補償信號。
[0014]所述的可調(diào)節(jié)冷端補償電路還包括與精密分壓電阻連接的多檔位旋鈕開關SI，所述的多檔位旋鈕開關Si用于控制選擇輸出接入儀器的不同類型熱電偶的補償電壓，通過開關轉(zhuǎn)換就能夠?qū)崿F(xiàn)分別補償不同類型熱電偶的目的。
[0015]所述的信號放大處理模塊包括可調(diào)運算放大電路、前端處理電路和輸出處理電路，所述的可調(diào)運算放大電路由放大器A2，若干個電阻以及多檔位旋鈕開關S2組成；所述前端處理電路和輸出處理電路用于對信號進行濾波處理，去除信號噪聲。
[0016]所述的放大器A2采用同向輸入并采用負反饋形式設定放大器放大倍數(shù)。
[0017]所述放大器A2的反饋回路由精密電阻R8、R9、R10、R11、R12以及多檔位旋鈕開關S2構成，通過切換旋鈕開關S2檔位，將不同電阻接入放大電路，實現(xiàn)不同放大增益的輸出。
[0018]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0019]1、本發(fā)明采用先進的精密集成溫度傳感器，能夠在_55°C?+150°C環(huán)境下對熱電偶進行冷端補償。采用精密電阻、運算放大器；保證了動態(tài)響應時間短，補償精度高，可以進行連續(xù)測量等優(yōu)點；同時采用正負電源為傳感器和外圍電路供電，能夠為熱電偶補償負電壓，能夠在零攝氏度以下環(huán)境中正常工作。
[0020]2、本發(fā)明有多種補償模式，能夠?qū)、J、K、R、S、T等多種類型熱電偶進行冷端溫度補償。
[0021]3、本發(fā)明設計了多個檔位的放大檔位，供不同精度等級測量終端測量?？捎行p
小測量誤差。
[0022]4、本發(fā)明采用標準信號輸出，可直接由計算機進行數(shù)據(jù)采集和處理?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0023]圖1本發(fā)明熱電偶冷端補償儀原理框圖；
[0024]圖2本發(fā)明穩(wěn)壓電源電路原理圖；
[0025]圖3本發(fā)明可調(diào)節(jié)冷端補償電路原理圖；
[0026]圖4本發(fā)明可調(diào)運算放大電路原理圖；
[0027]圖5補償電橋法電路原理圖。
【具體實施方式】
[0028]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。
[0029]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。
[0030]如附圖1所示，本發(fā)明主要包括直流穩(wěn)壓電源電路、可調(diào)節(jié)冷端補償電路和信號放大處理模塊；熱電偶信號經(jīng)前端處理電路對信號濾波處理后與冷端補償電路輸出端串聯(lián)，經(jīng)信號放大和濾波后輸出電壓信號，連接測量儀表測量。
[0031]圖2為本發(fā)明的穩(wěn)壓電源電路原理圖，由圖可知穩(wěn)壓電源電路主要由220V輸入的交流變壓器Tl，橋式整流電路，濾波電路，穩(wěn)壓集成模塊IC1、IC2，去紋波電容等構成。其中，交流變壓器Tl用來將220V交流電轉(zhuǎn)化為橋式整流所需電壓；橋式整流電路將交流電壓轉(zhuǎn)化為直流電壓；穩(wěn)壓集成模塊可以輸出±15V電壓,用于為其他模塊提供高精度電源。
[0032]其中可通過接入發(fā)光二極管，指示穩(wěn)壓電源電路工作狀態(tài)。
[0033]圖3為本發(fā)明的可調(diào)節(jié)冷端補償電路原理圖。由圖可知可調(diào)節(jié)冷端補償電路主要由精密集成溫度傳感器U4和精密電阻構成。其中精密溫度傳感器U4采用型號為LM35精密溫度傳感器，主要用于測量冷端溫度，并將冷端溫度信號轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號進行輸出，一般正常工作情況下第二腳輸出電壓信號為10mV/°C。如圖3所示，精密集成溫度傳感器U4的第I腳接電源正極，第三腳接地，第二腳輸出通過電阻R41接負電源。其中R41計算方法如下:
【權利要求】
1.精密可調(diào)式熱電偶冷端溫度補償儀，其特征在于:包括穩(wěn)壓電源電路、可調(diào)節(jié)冷端補償電路以及信號放大處理模塊；所述的穩(wěn)壓電源電路分別與可調(diào)節(jié)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(wěn)定的正負電源；所述的可調(diào)節(jié)冷端補償電路的輸出端與熱電偶串聯(lián)，用于輸出若干路適用于不同型號熱電偶冷端補償?shù)碾妷盒盘枺凰龅男盘柗糯筇幚砟K分別與測量儀表、可調(diào)節(jié)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(chǎn)生電壓信號疊加，經(jīng)濾波、放大后，輸出補償后的熱電偶信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的精密可調(diào)式熱電偶冷端溫度補償儀，其特征在于:所述的穩(wěn)壓電源電路包括交流變壓器Tl，橋式整流電路，濾波電路，穩(wěn)壓集成模塊IC1、IC2以及去紋波電容，所述的交流變壓器Tl用來將220V交流電轉(zhuǎn)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Tl輸出的交流電壓轉(zhuǎn)化為直流電壓；所述的穩(wěn)壓集成模塊用于為儀器內(nèi)的其他模塊提供穩(wěn)壓電源，所述的去紋波電容用于濾除穩(wěn)壓集成模塊輸出電源的干擾信號，提高電源的輸出精度。
3.根據(jù)權利要求2所述的精密可調(diào)式熱電偶冷端溫度補償儀，其特征在于:所述的穩(wěn)壓電源電路連接發(fā)光二極管，用于指示穩(wěn)壓電源模塊工作狀態(tài)。
4.根據(jù)權利要求1所述的精密可調(diào)式熱電偶冷端溫度補償儀，其特征在于:所述的可調(diào)節(jié)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(zhuǎn)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(chǎn)生適用于不同類型熱電偶所需補償信號。
5.根據(jù)權利要求4所述的精密可調(diào)式熱電偶冷端溫度補償儀，其特征在于:所述的可調(diào)節(jié)冷端補償電路還包括與精密分壓電阻連接的多檔位旋鈕開關SI，所述的多檔位旋鈕開關SI用于控制選擇輸出接入儀器的不同類型熱電偶的補償電壓，通過開關轉(zhuǎn)換就能夠分別補償不同類型熱電偶。
6.根據(jù)權利要求1所述的精密可調(diào)式熱電偶冷端溫度補償儀，其特征在于:所述的信號放大處理模塊包括可調(diào)運算放大電路、前端處理電路和輸出處理電路，所述的可調(diào)運算放大電路由放大器A2，若干個電阻以及多檔位旋鈕開關S2組成；所述前端處理電路和輸出處理電路用于對信號進行濾波處理，去除信號噪聲。
7.根據(jù)權利要求6所述的精密可調(diào)式熱電偶冷端溫度補償儀，其特征在于:所述的放大器A2采用同向輸入并采用負反饋形式設定放大器A2放大倍數(shù)。
8.根據(jù)權利要求7所述的精密可調(diào)式熱電偶冷端溫度補償儀，其特征在于:所述放大器A2的反饋回路由精密電阻R8、R9、R10、R11、R12以及多檔位旋鈕開關S2構成，通過切換旋鈕開關S2檔位，將不同電阻接入放大電路，實現(xiàn)不同放大增益的輸出。
【文檔編號】G01K7/12GK103674308SQ201310752964
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權日:2013年12月31日
【發(fā)明者】崔云先, 郭立明, 李東明, 安陽, 趙家慧, 盛曉幸, 邢磊 申請人:大連交通大學