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摘 要

热电偶是一种测温元件，在我们日常生活中比较常用。它是直接测量其两端的温度差，然后把温度信号转化成热电动势信号，但是热电偶在测温过程中，冷端温度难以保持恒温，所以要设计冷端补偿电路，使得热电偶测温更准确。本文以热电偶的工作原理以及补偿电路的工作原理为基础，探讨了几种不同方法的冷端补偿电路。对其中两种电路进行了详细研究，即利用AD590和LM35两种芯片的特性，分别设计了两种冷端补偿电路，对这两种电路进行了实验研究，通过分析更加直观地表现了热电偶冷端补偿电路设计的必要性。

关键词：热电偶，冷端补偿，AD590，LM35，实验

ABSTRACT

Thermocouples belong to a device that measures temperature and are more commonly used in our daily life. It is directly measured the temperature difference of the thermocouples, and then the temperature signal is transfered into thermoelectromotive force signal, but in the temperature measurement process, the cold end temperature is difficult to maintain constant temperature, so it’s need to design cold junction compensation circuit,making thermocouples temperature more acurrate.Based on the working principle of thermocouple and the compensating circuit, this paper discusses the several different methods of the cold junction compensation circuit.Two kinds of circuits are studied in detail. That is to say , the AD590 and LM35 devices are applied to the cold junction compensation circuit of the thermocouple respectively to do some research and data measurement. The necessity of the design of the cold junction compensation circuit of the thermocouple is more intuitively performed after some analysis.

Keywords:Thermocouple,Cold junction compensation,AD590,LM35,Experiment

目录

摘要 I

ABSTRACT I

目录 II

前言 1

第一章 热电偶 2

1.1概述 2

1.2工作原理 2

1.3热电偶的种类 3

第二章 热电偶的冷端补偿 4

2.1冷端补偿的原理 4

第三章 热电偶冷端补偿的方法 4

3.1冰点槽法 4

3.2零点迁移法 5

3.3电桥补偿法 5

3.3.2工作原理 6

3.3.3注意事项及优缺点 6

3.4晶体管PN结补偿法 7

3.4.1 PN结电压的温度特性 7

3.4.2 PN结补偿法的电路图 8

3.4.3工作原理 8

3.4.4优缺点 9

3.5微机补偿算法 9

3.5.1工作原理 9

3.5.2优缺点 10

3.6 AD590冷端补偿法 10

3.6.1 AD590的特性介绍及工作原理 10

3.6.2工作电源 12

3.6.3 AD590冷端补偿电路 13

3.7 LM35冷端补偿法 15

3.7.1LM35特性介绍及工作原理 15

3.7.2电源电路 15

3.7.3信号放大电路 16

3.7.4 LM35冷端补偿电路 17

第四章 结束语 19

参考文献 20

致谢 22

前言

温度与许多事情息息相关。人们的生产和生活更是离不开温度。而热电偶是温度测量仪器中比较常用的测温元件。它是直接测量温度，然后把温度信号转化成热电动势信号，再通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度。

热电偶的测量端被称为热端，通过引线将其与测量电路连接的那一端被称为冷端，热电偶测量温度时要求其冷端的温度保持0摄氏度不变，其热电势大小才与测量温度呈一定的比例关系。但是实际情况中，热电偶的冷端温度不可能保持不变，它是随着环境温度变化而改变的。如果测量时，冷端的（环境）温度变化，将严重影响测量结果的准确性。而且因为热电偶广泛应用于工业生产中，所以热电偶冷端温度的不稳定性，将严重影响工业生产中产品质量和设备状况的精确监控，因此，为了使测量结果更精确，必须采取一定的措施进行热电偶的冷端温度的补偿。

热电偶冷端温度补偿的方法多种多样。传统的冷端补偿方法有仪表机械零点调整法，参考端温度计算法，参考端恒温法等等，这些方法既不灵活，又使电路复杂化，除了需要专用集成电路和传感器外，还必须附加众多的电阻，电容和集成运放等元器件，大大地增加了电路的成本和体积^[2]。当然了，没有正确选择热电偶冷端补偿方法会导致测量精度较低，误差较大，容易发生事故，根据现实经验，这种情况也是屡见不鲜。所以针对这种情况，设计出线路简单、测量结果比较精确可靠，最重要的是，要能够实现冷端自动补偿的热电偶冷端补偿电路，无论是在在工业生产，还是在科研实践中，都显得尤为重要。

第一章 热电偶

1.1概述

热电偶是一次仪表，是温度测量仪器中比较常用的测温元件，它的原理很简单，是通过直接测量温度产生温度信号，然后把温度信号转化成热电动势信号，最后通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度。

各种热电偶常常因为各种不同的需要，外形上极不相同，但是它们的基本结构（如图1）基本上是相同的，通常是由几个主要部分组成的，分别是热电极、绝缘套保护管和接线盒等，一般与显示仪表、记录仪表及电子调节器配套使用。

图1热电偶基本结构

1.2工作原理

热电偶是由两种不同成分的材质导体组成的，形成闭合回路，当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流产生，也就是表明了回路中有电势产生，这种产生热电势的效应叫做热电效应^[3]。此现象是赛贝克于1821年首先发现的，所以热电效应又被称为赛贝克效应。

当有两种不同的导体或半导体组成一个回路，这样的回路就被称为“热电偶”，当这个回路的两端相互连接的时候，两个结点处的温度不相同，其中一端温度为T，称为工作端或者热端，另一端的温度为T₀ ，称为自由端（也称参考端）或冷端，这种情况下，回路中将产生一个电动势，此电动势的方向和大小与导体或半导体的材料及两结点的温度有关。回路中的这两种导体称为“热电极”，产生的电动势则称为“热电动势”。热电动势是由两部分电动势组成的，一部分是两种导体的接触电动势，另一部分是单一导体的温差电动势。

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