一种热电偶分度表处理的新方法

　　0　前言

　　由于工业用热电偶绝大多数热电势与对应的温度之间的关系都是非线性关系,且难以找到一个确切的解析式来表达温度t与热电势V之间的函数关系V=f(t),所以工程上一般都是以热电偶分度表的形式给出它们之间的对应关系。为了能根据若干检测点的数值编制出一定温度范围内热电偶热电势和温度之间的简单函数关系,曾有不少人探讨了用分段线性化或者用V=f(t)的二次、三次多项式方程来描述各种热电偶在不同温度范围内的热电势与温度之间的函数关系。这种方法虽计算简单,但在计算精度上往往不能令人满意。本文根据热电偶的调温原理,提出了热电偶分度表紧缩法处理的新方法。

　　1　热电偶测温原理及分度表处理方法

　　1.1　热电偶的测温原理

　　热电偶的基本工作原理是基于热电效应,将两种不同材料的导体或半导体组成一个闭合回路,如图1所示。如果两端接点的温度不同,回路中将产生电势,该电势的方向和大小,与两种导体的性质和接点温度有关。这个物理现象称为热电势效应,有时也称温差效应。

　　热电偶产生的热电势是由接触电势与温差电势两部分组成的。

　　回路总电势:

　　fAB(t)和fAB(t0)称为分热电势。实际上函数fAB的确切形式并不知道,很难用解析式来确切地表示,所以热电偶的热电势EAB(t,t0)的数值只能用实验方法来确定。一般使用t0=0℃的数值,并将其实验数据列成表格,组成热电偶的分度表。实际使用时,热电偶的冷端t0并不为零,而是环境温度t0,这时热电偶实际电势:

　　移项后化成:

　　由(3)式可以看出,一旦测量到热电偶实际使用时的热电势值EAB(t,t0),再由环境温度t0从热电偶分度表中查出对应的热电势EAB(t0,0°) ,就可以求出测量点的实际温度t。

　　1.2　热电偶分度表的紧缩法处理

　　在计算机系统中要得到较高精度的函数关系,最简单的方法是将分度表上所有的数据对应关系以计算机便于查找的表格形式存放在计算机的内存中。让计算机根据测量到的热电势从内存的数据表格中查找对应的温度值。这种方法虽然查找方便,精度也很高,然而要把分度表中的所有数据都存放到计算机内存中,就要占用几千个内存单元。以应用范围较广的铂—铑—铂(S)热电偶分度表为例,如果每一个热电势V在内存中用双字节(即两个单元)来存放,1 600个温度值对应的热电势V就要占用3千多的内存单元。这对于多功能的微处理机系统来说就不够经济。在工业应用中,这种方法用得不多。

　　我们权衡了查表的利弊,利用计算机查表迅速精确的优点,在仪表中对热电偶分度表采用了紧缩型存表法,就是对分度表中两个相邻热电势之差编码。这一方法的优点是不但将原来分度表中的所有信息准确地保存起来,而且最主要的是把用于存放数据表格的内存单元从原来的直接查表法的3千多减少到只用200多个内存单元,使查表法具有了实际应用的价值。这种方法的具体做法是: