專利名稱:感溫變阻熱電偶冷端補償器的制作方法
本發(fā)明涉及一種電橋供電端具有感溫變阻器的熱電偶冷端補償器。對本補償器各元件參數進行更改，便可適應各種熱電偶冷端補償之用。
凡用熱電偶作測溫傳感器的測溫儀表廣泛配用熱電偶冷端補償器，該補償器是根據國家規(guī)范統(tǒng)一設計的，它是根據電橋的三個錳銅橋臂電阻值穩(wěn)定不變，第四個用銅電阻作成的橋臂電阻值隨溫度變化時輸出不平衡電勢的原理，對熱電偶冷端因溫度變化產生的電勢進行補償。但這一補償方法有這樣的問題當溫度變化時電橋輸出的不平衡電勢與該變化溫度情況下的熱電偶冷端電勢數值不一致，造成很大的補償誤差。
根據理論分析，要消除上述補償誤差，銅電阻的溫度系數α(t)應等于α1(t)＝Vab(t)[4(1+ (Rs)/(R) )]/[E-Vab(t)( (Rs)/(R) +2)]·t式中Vab(t)-熱電偶冷端隨溫度變化的電勢(mV)R-錳銅電阻值(Ω)Rs-與電壓源相串聯(lián)的固定電阻值(Ω)E-電壓源電勢(V)t-環(huán)境溫度(℃)實際上，銅電阻溫度系數α(t)是按下面規(guī)律變化的α2(t)＝ (ao)/(1+aot)式中αo＝4.25×10-3(1/℃)t-環(huán)境溫度(℃)可見，α2(t)＝α(t)與α1(t)有著本質的差別，這就是產生補償誤差的主要原因。
為解決電橋補償誤差，有人將與電橋相串聯(lián)的分壓電阻設計成可調的，例如美國專利3935744號。
以實際應用考慮此方案很難實施，因為環(huán)境溫度不斷地變化，可調的分壓電阻要求不停的調整，另外在調整電阻值時會產生調整誤差，對于一個要求補償誤差很小的補償器來說，這種方法存在很大的問題。
微機控制的多點測溫記錄儀已成批生產，它對熱電偶冷端補償是通過基準通道電壓換算進行的，一般用P-N粘結電壓作基準通道電壓，如日本，這種換算在機器內要經過一定的程序，需要一定的時間，限制了檢測速度。
本發(fā)明的目的是提供一個補償器，它既能用作于近代微機控制的多點測溫記錄的基準通道電壓，又可用作于現有的各種測溫儀表的熱電偶冷端補償，補償誤差小于±0.1℃。
發(fā)明是這樣實現的在電壓源與電橋之間串入一個由非線性的熱敏感元件組成的感溫變阻器，該變阻器能跟隨溫度的升降自動改變電阻值，進而改變電橋供電端電壓，跟隨溫度的變化而調正電橋輸出電勢，達到與熱電偶冷端電勢一致的效果。
感溫變阻器的電阻值變化的規(guī)律，是根據現代通用的電路網絡圖論的方法，經過計算機輔助設計得出，所用的基本計算公式如下(1)基本割集方程[Q][Gb][Q]T[Vc]＝[Q][Gb][Eab]-[Q][Jb]其中〔Q〕-基本割集矩陣[Q]＝[10-1 1001 1 01]〔Gb〕-支路電導矩陣〔Gb〕＝diag〔1/R2 1/R3 1/RS 1/R4 1/R5〕Rs-為感溫變阻器的電阻值(是環(huán)境溫度函數)
Rs＝Rw2+ (R1×Rt)/(R1+Rt)〔Eab〕-電動勢矢量(熱電偶分度值)〔Eab〕＝〔OOO-Eab-Eab〕T〔Jb〕-電激流矢量〔Jb〕＝〔OOOOO〕T(2)熱敏感元件變化規(guī)律按下式計算Rt＝R1(Rs-Rw2)/(R1-Rs+Rw2)Rs是由基本割集方程求得。
此外，將電橋中的銅電阻改為銅合金電阻。電阻值比與其並聯(lián)支路的電阻值為大。為的是既能改變電橋輸出端不平衡電勢的線性度，又能減小銅合金電阻支路電流，以減少電流熱效應對電阻值的影響。
為克服感溫變阻器電阻值理論變化規(guī)律與工業(yè)產品實際變化規(guī)律兩者之間存在的差別，電壓源必須是可調的。為使電壓源可調，在其輸出端設有一個經過熱沖擊老化處理過的可調線電阻網絡，以此調整輸出電壓。
基于上述三方面綜合考慮，電橋供電端具有感溫變阻器的熱電偶冷端補償達到了補償誤差小于±0.1℃的精度，當用于微機控制的多點測溫記錄儀的基準通道電壓時，無需經過程序計算，即可直接對各熱電偶進行冷端補償，因此提高了儀器的檢測速度。
發(fā)明的具體線路結構由以下實施例及其附圖給出。實施例中之各組成部分及其名稱如附圖所示。該實施例僅適用于銅-康銅熱電偶冷端補償，現結合附圖就各組成部分的作用及相互關系進行說明。
圖中1表示橋式整流電源，2表示可變高精度穩(wěn)壓電源，8表示感溫變阻器，4表示高電阻值的銅合金電阻電橋。
該裝置之橋式整流電源1將220伏交流電變?yōu)?0伏直流電，經濾波后，供給可變高精度穩(wěn)壓電源2，為使穩(wěn)壓電源可調，在其輸出端接有一個變壓電阻網絡，在此網絡中電阻器R6是經過熱沖擊老化處理過的可調線繞電阻。經變壓電阻網絡調節(jié)，穩(wěn)壓電源輸出可在1.45伏與1.55伏之間任意調變。一經調變后，可調線繞電阻R6應用鎖緊螺母鎖緊，穩(wěn)壓電源輸出電壓經感溫變阻器3，將電壓加在具有高電阻值的銅合金電阻電橋4的供電端。
為使感溫變阻器3隨溫度變化符合設計要求，其中有一個由錳銅線繞制的電阻串聯(lián)一個MF11型熱敏電阻制成的非線性熱敏感電阻Rt，同時為便于感溫變阻器在阻值調整時有靈活性，在此器件中設有可調且可鎖之電阻Rw2。
具有高電阻值的銅合金電阻R5，其電阻值視補償精度要求及被測對象溫度熱傳導情況的不同，可以等于與其並聯(lián)的橋臂電阻R2及R3的阻值，也可以大于R2及R3的阻值，本實施例采用相等的阻值。
當溫度變化時，電橋輸出的不平衡電勢由電橋輸出端(a點和b點)給出，補償誤差小于±0.1℃。
權利要求
1.一種電橋供電端具有感溫變阻器的熱電偶冷端補償器，它由穩(wěn)定可調的電壓源和一個供電端具有感溫變阻器的電橋組成，其特征是在電壓源與電橋之間串有一個非綫性的可改變電橋供電端電壓的感溫變阻器，用以調整電橋輸出。
2.根據權利要求
1所述的裝置，其特征是感溫變阻器中有一個隨溫度變化而變化的非線性熱敏感元件制成的電阻R。
3.根據權利要求
1所述的裝置，其特征在于電橋中含有的銅合金電阻橋臂R5是一個高阻值電阻，在0℃時與銅合金電阻相串聯(lián)的電阻阻值等于銅合金電阻之數值。
4.根據權利要求
1和權利要求
3所述的裝置，其特征在于銅合金電阻是一個非線性的感溫變化的阻值大于與其並聯(lián)的橋路電阻R2及R3的電阻。
5.根據權利要求
1所述的裝置，其特征是穩(wěn)壓電源輸出端外接一個性能穩(wěn)定的可改變電源電壓值的變壓電阻網絡。
6.根據權利要求
1和權利要求
5所述的裝置，其特征是變壓電阻網絡中有一個為使電源電壓可調的並經過熱沖擊老化處理的精密線繞可調電阻R6。
專利摘要
冷端補償器與熱電偶組成測溫儀表的一次部分，補償器的作用是補償熱電偶冷端因環(huán)境溫度變化而造成熱電勢的輸出誤差。該補償器的特點是(1)在電壓源與電橋之間串接一個由非線性的熱敏感元件組成的變阻器，具有隨環(huán)境溫度變化而自動調整電橋供電端電壓的功能；(2)在電橋支路中，考慮了電流的熱效應；(3)采用了熱穩(wěn)定性好且可調的電壓源。該補償器的補償誤差小于±0.1℃。
文檔編號G01K7/02GK85100189SQ85100189
公開日1986年7月23日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者金光太 申請人:西北輕工業(yè)學院導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan