熱電偶冷端補(bǔ)償測(cè)溫電路和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別地，涉及一種熱電偶冷端補(bǔ) 償測(cè)溫電路。此外，本發(fā)明還涉及一種包括上述熱電偶冷端補(bǔ)償測(cè)溫電路的熱電偶冷端補(bǔ) 償測(cè)溫裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 熱電偶是目前溫度測(cè)量應(yīng)用最廣泛的傳感元件。發(fā)動(dòng)機(jī)上也常用熱電偶作為溫度 傳感器來(lái)感應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)熱部件的溫度，供給控制系統(tǒng)作為判定發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的依據(jù)之 一。其中K型鎳鉻-鎳硅熱電偶由于測(cè)量范圍寬-200°C~1200°C，廣泛應(yīng)用于燃?xì)鉁囟葌鞲?器用來(lái)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)鉁囟龋撊細(xì)鉁囟刃盘?hào)需要進(jìn)入電子控制器，作為監(jiān)控輔助動(dòng)力 裝置工作狀況的重要指標(biāo)和依據(jù)。在輔助動(dòng)力裝置中，K型熱電偶感應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣口的燃?xì)?溫度T，與冷端溫度T0形成溫差，產(chǎn)生一個(gè)溫差熱電勢(shì)Ε(Τ，Τ0)。熱電偶是由兩種不同材質(zhì)的 導(dǎo)體(如K型熱電偶是屬于鎳鉻-鎳硅金屬)組合在一起而形成的。當(dāng)熱電偶的兩端處于不同 的溫度環(huán)境下時(shí)，由于塞貝克熱電效應(yīng)，回路中會(huì)產(chǎn)生一定的熱電勢(shì)Ε(Τ，Τ0)。通常，溫度高 的一端稱(chēng)為熱電偶的"熱端"，設(shè)為T(mén);溫度低的一端則稱(chēng)為熱電偶的"冷端"，設(shè)為T(mén)0。在實(shí)際 測(cè)量中，熱電偶的冷端溫度T0受環(huán)境溫度、熱源溫度以及氣流變化等多方面因素影響，并不 是熱電偶分度表標(biāo)定基準(zhǔn)〇°C，而且會(huì)不斷變化。另外，熱電偶特性曲線本身還具有一定的 非線性。冷端溫度的不確定性就會(huì)給熱電偶的溫度測(cè)量帶來(lái)不少誤差。
[0003] 因此，熱電偶冷端溫度因受環(huán)境影響所引成的測(cè)量精度低以及冷端溫度的不確定 性給熱電偶的溫度測(cè)量帶來(lái)的誤差，是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供了一種熱電偶冷端補(bǔ)償測(cè)溫電路和裝置，以解決熱電偶冷端溫度因受 環(huán)境影響所引成的測(cè)量精度低以及冷端溫度的不確定性給熱電偶的溫度測(cè)量帶來(lái)的誤差 的技術(shù)問(wèn)題。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種熱電偶冷端補(bǔ)償測(cè)溫電路，包括：
[0007] 溫度傳感器，用于采集環(huán)境溫度；電子控制器，電子控制器包括冷端溫度補(bǔ)償器和 與冷端溫度補(bǔ)償器相連的一對(duì)接線柱，冷端溫度補(bǔ)償器與溫度傳感器相連，用于根據(jù)溫度 傳感器采集的環(huán)境溫度對(duì)熱電偶的冷端進(jìn)行溫度補(bǔ)償;冷端溫度補(bǔ)償器經(jīng)由一對(duì)接線柱及 一組補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶的冷端相連，一對(duì)接線柱和一組補(bǔ)償導(dǎo)線的材料均與熱電偶的熱電 極的材料相同且冷端溫度補(bǔ)償器靠近一對(duì)接線柱安裝。
[0008] 進(jìn)一步地，熱電偶為K型熱電偶，熱電偶的熱電極的材料為鎳鉻一鎳硅材料，一對(duì) 接線柱包括一根鎳硅接線柱和一根鎳鉻接線柱，一組補(bǔ)償導(dǎo)線包括一根鎳硅補(bǔ)償導(dǎo)線和一 根鎳鉻補(bǔ)償導(dǎo)線，鎳硅接線柱通過(guò)鎳硅補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶相連，用于作為熱電偶信號(hào)的負(fù) 極輸入端;鎳鉻接線柱通過(guò)鎳鉻補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶相連，用于作為熱電偶信號(hào)的正極輸入 端;冷端溫度補(bǔ)償器靠近鎳硅接線柱和鎳鉻接線柱。
[0009] 進(jìn)一步地，電子控制器還包括一級(jí)放大單元、二級(jí)放大單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元和數(shù)據(jù) 處理單元，一級(jí)放大單元的輸入端與冷端溫度補(bǔ)償器相連，一級(jí)放大單元的輸出端分兩路， 輸出端的一路與二級(jí)放大單元和溫度指示器相連，以供溫度指示器實(shí)時(shí)顯示燃?xì)鉁囟?輸 出端的另一路與模數(shù)轉(zhuǎn)換單元和數(shù)據(jù)處理單元依次按序串聯(lián)，以供數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行數(shù)據(jù) 處理，通過(guò)判定燃?xì)鉁囟仁欠癯瑴貋?lái)發(fā)出相關(guān)的控制指令。
[0010] 進(jìn)一步地，冷端溫度補(bǔ)償器包括熱電偶冷端溫度補(bǔ)償集成芯片，熱電偶冷端溫度 補(bǔ)償集成芯片用于采集環(huán)境溫度并根據(jù)環(huán)境溫度對(duì)熱電偶的冷端進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
[0011] 進(jìn)一步地，熱電偶冷端補(bǔ)償測(cè)溫電路，還包括：
[0012] 散熱片，與熱電偶冷端溫度補(bǔ)償集成芯片相連，用于感應(yīng)電子控制器所處環(huán)境的 溫度，散熱片呈丁字型結(jié)構(gòu)，具小端和大端，小端深入到熱電偶冷端溫度補(bǔ)償集成芯片的底 部且緊貼熱電偶冷端溫度補(bǔ)償集成芯片的下表面，大端伸出熱電偶冷端溫度補(bǔ)償集成芯片 的外部與鎳硅接線柱相連；
[0013] 真空硅脂，填充在散熱片和熱電偶冷端溫度補(bǔ)償集成芯片之間的空隙，用于使鎳 硅接線柱、散熱片與熱電偶冷端溫度補(bǔ)償集成芯片緊密貼合。
[0014]進(jìn)一步地，一級(jí)放大單元采用精密儀表放大器，精密儀表放大器包括第一輸入端 和第二輸入端，第一輸入端與熱電偶冷端溫度補(bǔ)償集成芯片的補(bǔ)償電壓輸出端相連，第二 輸入端與熱電偶的熱動(dòng)勢(shì)輸出端相連，一級(jí)放大單元包括運(yùn)算放大器、第一比例運(yùn)算電阻、 第二比例運(yùn)算電阻和第一電位器，運(yùn)算放大器的正極輸入端分兩路，正極輸入端的一路通 過(guò)第一比例運(yùn)算電阻與精密儀表放大器的放大電壓輸出端相連，正極輸入端的另一路通過(guò) 第二比例運(yùn)算電阻與基準(zhǔn)輸入電壓相連，運(yùn)算放大器的負(fù)極輸入端通過(guò)第一電位器與運(yùn)算 放大器的輸出端相連。
[0015] 進(jìn)一步地，冷端溫度補(bǔ)償器輸出的溫度補(bǔ)償電壓為：
[0016] υ〇〇?? = αΤ+αβ(Τ-25°〇2
[0017] 其中，lUu為溫度補(bǔ)償電壓，Τ為測(cè)試溫度，α為溫度-電壓換算因子、α = 40.6μν/ Γ，β 為糾正因子，β = 44· 3X10-6。
[0018] 進(jìn)一步地，一級(jí)放大單元輸出的一級(jí)放大熱電偶信號(hào)為：
[0019] U〇ut2=100X(Uini+U〇uti)
[0020] 其中，U〇ut2為一級(jí)放大熱電偶信號(hào)，100為一級(jí)放大倍數(shù)，Uini為熱電偶輸入熱電 勢(shì)，u?ti為溫度補(bǔ)償電壓。
[0021] 進(jìn)一步地，二級(jí)放大單元輸出的二級(jí)放大熱電偶信號(hào)為：
[0022]
[0023]其中，Umjt3為二級(jí)放大熱電偶信號(hào)，Umjt2為一級(jí)放大熱電偶信號(hào)，RP1為第一電位器 的終端電阻值，Rf為第一電位器的對(duì)地電阻值，R1為第一比例運(yùn)算電阻的電阻值，R2為第二 比例運(yùn)算電阻的電阻值，Uin2為基準(zhǔn)輸入電壓、U in2 = 10V。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種熱電偶冷端補(bǔ)償測(cè)溫裝置，包括上述的熱 電偶冷端補(bǔ)償測(cè)溫電路。
[0025]本發(fā)明具有以下有益效果：
[0026] 本發(fā)明提出的熱電偶冷端補(bǔ)償測(cè)溫電路和裝置，通過(guò)補(bǔ)償導(dǎo)線和溫度傳感器兩者 的有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)熱電偶溫度的精確測(cè)量，同時(shí)保證溫度信號(hào)(mV級(jí))在輔助動(dòng)力裝置系統(tǒng) 中較遠(yuǎn)距離的可靠傳輸，提高溫度信號(hào)的精度和可靠性，同時(shí)為輔助動(dòng)力裝置工作的有效 控制提供一定的保障。
[0027] 除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。 下面將參照?qǐng)D，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0028] 構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí) 施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0029] 圖1是本發(fā)明熱電偶冷端補(bǔ)償測(cè)溫電路優(yōu)選實(shí)施例的電路框圖；
[0030] 圖2是熱電偶冷端溫度補(bǔ)償集成芯片與散熱片優(yōu)選實(shí)施例的連接結(jié)構(gòu)示意圖；以 及
[0031] 圖3是本發(fā)明熱電偶冷端補(bǔ)償測(cè)溫電路優(yōu)選實(shí)施例的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相 互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
[0033] 參照?qǐng)D1，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例提供了一種熱電偶冷端補(bǔ)償測(cè)溫電路，包括溫度傳 感器10，用于采集環(huán)境溫度；電子控制器20，電子控制器20包括冷端溫度補(bǔ)償器21和與冷端 溫度補(bǔ)償器相連的一對(duì)接線柱，冷端溫度補(bǔ)償器21與溫度傳感器10相連，用于根據(jù)溫度傳 感器10采集的環(huán)境溫度對(duì)熱電偶的冷端進(jìn)行溫度補(bǔ)償;冷端溫度補(bǔ)償器21經(jīng)由一對(duì)接線柱 及一組補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶的冷端相連，一對(duì)接線柱和一組補(bǔ)償導(dǎo)線的材料均與熱電偶的熱 電極的材料相同且冷端溫度補(bǔ)償器21靠近一對(duì)接線柱安裝。在本實(shí)施例中，熱電偶溫度補(bǔ) 償信號(hào)的全傳輸過(guò)程使用與熱電偶相同的鎳鉻(Ni/Cr)、鎳硅(Ni/Si)材質(zhì)的附件和零件， 具體包括以下：一是信號(hào)傳輸電纜使用補(bǔ)償導(dǎo)線；二是在導(dǎo)線的首尾端以及轉(zhuǎn)接處的電連 接器內(nèi)部的孔式或針式接插件也是鎳鉻(Ni/Cr)、鎳硅(Ni/Si)的;三是不僅溫度信號(hào)進(jìn)入 輔助動(dòng)力裝置電子控制器采用最短路徑，而且連接補(bǔ)償導(dǎo)線的一對(duì)接線柱也分別為鎳鉻 (Ni/