计算修正法和室温自补偿热电偶测温实验

1 计算修正法热电偶测温电路

图1所示为计算修正法热电偶测温电路。

图1 计算修正法热电偶测温电路

1.1 热电阻直流电桥

热电阻直流电桥的4个臂中，Rt为热电阻，置于室温环境下，用于监测环境温度，其余3个电阻为配电阻，电桥输出为：

Vcd?R?100E?5000E?5000??tE100?5000Rt?5000Rt?5000

（1-1）

热电阻的阻值和温度的关系为：

Rt?R0(1?AT?BT2)

（1-2）

通过测量桥路输出电压Vcd即可计算出室温温度T0。 1.2 一级差动放大电路

一级差动放大电路由三运放构成。 对U3：A和U3：B运用虚短和虚断：

V0ut'?V21?24?V2?V1

24?242则：

??V1?V2?25(Vin?Vin)?25Vin

（1-3）

对U3：C运用虚短和虚断：

V3?V21?24?V2?V1

24?242则：

V3?V1?V2（1-4）

一级差动放大器输出与输入的关系为：

V3?25Vin （1-5） 1.3 滤波电路

放大器U3：D的2个电容起滤波作用，而对直流信号呈断开状态，放大器U3：D对直流信号而言是跟随器，放大倍数近似为1：

V4?V3（1-6）

1.4 二级放大电路

OP07为具有调零端的放大器，同样运用虚短虚断可得：

Vo?（1-7）

R8?20?V4 R8 测量电路输出输入关系：

Vo?25?（1-8）

R8?20?Vin R81.5 电路工作原理

将开关打至c、d，测量电路输出Vo，根据式（1-8）计算出Vcd，再根据（1-1）和（1-2）即可计算出室温温度T0。热电偶热端置于被测温度T下，冷端置于室温环境T0下，将开关打至a、b，测量电路与热电偶连接，同样通过测量电路输出Vo及式（1-8）可得热电偶输出电势Vab。热电偶输出电势Vab为：Vab?EAB(T,T0)?E(T)?E(T0)，根据热电偶分度表可查出温度T0时的热电势E(T0)，又已知Vab，可计算出E(T)，反查热电偶分度表得被测温度T。

测量100C沸水温度值

0

1.将开关打至c、d，测量电路输出Vo=?，根据式Vo?25?R8?20?Vin( R8=?)计算出Vcd=?R8（即Vin）

2. 根据（1-1）(Rt=?)和（1-2）(公式中的参数都是多少？)即可计算出室温温度T0=?。查热电偶分度表得E(T0)=？

3．将开关打至a、b，测量电路输出Vo=?及式（1-8）可得热电偶输出电势Vab =?（即Vin） 4. 根据Vab?EAB(T,T0)?E(T)?E(T0)计算出E(T)=？反查热电偶分度表得被测温度T=？

2 室温自补偿法热电偶测温电路

图2所示为室温自补偿法热电偶测温电路。

图2 室温自补偿法热电偶测温电路

2.1 LM134集成温度传感器

LM134集成温度传感器与热电偶的冷端置于相同的室温环境中，用于测量室温T0，其输出电压V1为：

V1?227(?V/0K)(R5?RW2) （2-1）

T0R4热电偶输出V4为：

227(?V/0K)(R5?RW2)V4?V1?EAB(T,T0)?T0?EAB(T,T0) （2-2）

R42.2 MC1403电源稳压器

MC1403为+3V电源稳压器，调节RW3，R6和RW3构成的分压电路可以使V2在0-3V内变化：

V2?RW3?3(V) （2-3）

R6?RW32.3 TL062单运放

TL062连接成跟随器，起阻抗匹配的作用，电压放大倍数约为1：

V3?V2 （2-4）

2.4 ICL7650差动放大器

ICL7650作为一级差动放大器，其特点是可以降低共模抑制比。R7=R9，差动放大器ICL7650的输出V5为：

V5?K1(V4?V3)?R12(V4?V3) （2-5） R82.5 调零放大器OP07

OP07作为二级放大器，可以根据需要对信号进行二次放大，并兼具调零功能。

V6?RW4?R10 （2-6）

V5R10当热电偶置于室温（T0）时，冷（T0）、热（T）端温度相等（T=T0），热电偶输出热电势为零，即EAB(T,T0)=0，

2.6 电路工作原理

0此时V4=V1；调节RW 3，使：V?V?V?227(?V/K)(R5?RW2)T；则一级放大器输出为零；调节二级放大

3410R4器的调零端，整个电路的输出V6=0。

将热电偶热端置于被测环境温度T下，冷端置于室温环境T0下，当室温T0恒定不变时，

V4?V1?EAB(T,T0)；一级放大器的输出V?R12(V?V)?R12E(T,T)；

543AB0R8R8当室温变化?T为（T0+?T）时，

227(?V/0K)(R5?RW2)V4?V1?EAB(T,T0??T)?(T0??T)?EAB(T,T0??T)；

R4R12R12227(?V/0K)(R5?RW2)V5?(V4?V3)?[?T?EAB(T,T0??T)]；

R8R8R4根据热电偶中间导体定律：

EAB(T,T0??T)?EAB(T,T0)?EAB(T0,T0??T)?EAB(T,T0)?EAB(T0)?EAB(T0??T)?EAB(T,T0)?[EAB(T0??T)?EAB(T0)] 以K型热电偶为例，其部分分度表如表1所示，可见每度热电势差约为40mV。

表1 热电偶（分度号K）分度表（部分）

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