一类高精度温度测量技术研究

　　0　引言

　　一般的测温仪表大多存在这样的问题：测量精度高的测温范围窄;测温范围宽的精度又不高，因此这些测温仪不论是测试精度、还是测温范围都不能满足某些特定温度测试要求。在大范围温度测量中，目前广泛采用的是各类热电偶，配合二次仪表。但所有热电偶测温都无一例外地遇到2个问题：热电偶输出非线性和参考结合点补偿问题。热电偶非线性补偿主要有2种方法：硬件法和软件法。硬件补偿法的缺点是适应性差。随着微处理器的大量使用，近年来国际上流行用软件补偿热电偶的非线性，这种方法电路设计简单，补偿精度好，因而应用日益广泛。在软件补偿法中，又有查表法、多项式法、分段线性化法等。参考结合点补偿：过去采用恒温槽法，但在使用时很不方便。现在使用较普遍的是热敏三极管或热敏电阻的物理补偿法。这种方法也因补偿器件的特性不同而导致结果的差异。本文介绍的测试方法采用S型热电偶，并配合二次仪表构成一台高精度、大范围的测温仪表。参考点温度采用AD590集成温度传感器测量，并对测量结果进行数字计算，完成纯数字化补偿;对热电偶的非线性特性则采用分段线性化方法进行修正，此方法灵活方便，能达到很好的精度，完全可以满足特定的温度测量要求。

　　1     测试仪表的组成原理

　　测温仪表的组成如图1所示。

      仪表主要由参考点温度测量、被测点温度测量与放大、双路模数转换、单片机运算处理、隔离及译码电路、显示电路等模块组成。参考点测温电路必须感应出参考结合点的温度，为补偿提供基准;热电偶用于探测被测点温度，由于在国家已有的标准分度的热偶中，S型热偶性能最稳定，测温范围也宽，因而配置该类热偶;上述两路信号送入A/D转换电路，变成数字量传给单片机;单片机需要控制A/D转换，计算补偿量和热偶输出的温度量，完成热偶的非线性补偿和参考结合点补偿;最后将结果送给译码显示电路。

　　2　温度测量的关键技术理论

　　2.1热电偶的非线性补偿

　　热电偶测温的最大问题在于其回路热电势与对应温度值之间的非线性，为了准确地测量温度，必须解决热电偶的非线 性 补 偿 问 题。1种 有 效 的 补 偿 方 法 是 分 段 线 性化法。在热电偶整个测温范围内，将其分为n个温度段，每段用最小二乘法求折线来近似表示热电偶的热电势和温度的关系，该法可离线在微机上先行拟合，亦可根据精度需要灵活分段，待得到拟合的各段线性表达式后，再编制程序，由单片机完成。对于等精度，独立的测量来说，其基本原则是各个数据点与拟合直线的偏差平方和为最小值。设热电偶的电势-温度曲线分为n段，非线性曲线可表示为：