一种实用的热电偶冷端温度补偿方案

　　一、前言

　　一般采用热电偶作传感器的温度二次仪表都要进行热电偶冷端温度补偿。传统的方法是采用铜电阻作为冷端温度检测元件，并以不平衡电桥形式输出电压信号作为冷端补偿值。理论和实践证明，这种热电偶冷端补偿方式会使仅表产生较大的附加误差。例如对于采用K分度(镍铬一镍铝)热电偶的EWY型圆图仪在0 一100℃冷端补偿范围内，产生的补偿附加误差可高达士1.5℃，阻碍了仪表精度的进一步提高。

　　通常在0一100℃范围内,热电偶的Et一t曲线为上凹形，而铜电阻经电桥变换后输出电压具有上凸特性，如图1曲线a,b所示。两者特性曲线刚好相反，这是此种冷端补偿方式补偿效果不良的根本原因。显然，最佳的补偿方式是两者特性一致，这样才能做到全补偿，实际上这可以通过对被测热电偶Et一t 特性建立正确的数学模型，并予以恰当拟合实现。本文即具体阐述这种思想。

　　二、冷端温度补偿原理

　　这里仍采用铜电阻作为冷端温度检测元件，在0—100℃范围内，铜电阻温度特性符合下式

　　式中，R₀,R₁分别为0℃和冷端温度处的铜电阻值。

　　对一般热电偶(如常见的S, K, B. EA等热电偶)在0 --100℃范围内E_t—t关系可用如下二次多项式拟合:

　　式中，E_t为热电偶在被测温度点对应的热电势，E(SO)为50℃处热电偶的热电势值。

　　为便于利用铜电阻传感器实现(2)式的函数关系，本文对(2)式提出一种常用的拟合函数关系式

　　这里K₁,K₂为待定系数。为分析(3)式对(2)式的拟合特性，可将(3)式在t= 50℃点展开为泰勒级数，得到:

　　因(4)式中对拟合关系贡献最大的是二次项，故可略去二次以后高次项。对(4)式分别求一阶二阶导数，可得:

　　显然(5)式具有与(2)式相同的函数关系，令其各系数值相等，则有

　　由上式可解得待定系数值：

　　由以上分析可知，实现(3)式表征的函数关系，是对热电偶冷端温度进行精密补偿的依据。如果把(3)式中Y(r)看作一传递函数，K。看作前向通道传递系数，

　　看作反馈通道传递函数，则(2)式所表征的就是闭环反馈系统。因K2>0故该系统为正反馈系统。按此思路可画出冷端补偿系统的原理框图如图2，电路原理见图3.

　　合理选取电声各参数值，e0与t之间就会有如图1(b)所示的特性，从而使热电偶冷端温度得到全补偿。