[其他]感温变阻热电偶冷端补偿器

说明书

冷端补偿器与热电偶组成测温仪表的一次部分，补偿器的作用是补偿热电偶冷端因环境温度变化而造成热电势的输出误差。该补偿器的特点是：（１）在电压源与电桥之间串接一个由非线性的热敏感元件组成的变阻器、具有随环境温度变化而自动调整电桥供电端电压的功能；（２）在电桥支路中，考虑了电流的热效应：（３）采用了热稳定性好且可调的电压源。该补偿器的补偿误差小于±０．１℃。

本发明涉及一种电桥供电端具有感温变阻器的热电偶冷端补偿器。对本补偿器各元件参数进行更改，便可适应各种热电偶冷端补偿之用。

凡用热电偶作测温传感器的测湿仪表广泛配用热电偶冷端补偿器，该补偿器是根据国家规范统一设计的，它是根据电桥的三个锰铜桥臂电阻值稳定不变，第四个用铜电阻作成的桥臂电阻值随温度变化时输出不平衡电势的原理，对热电偶冷端因温度变化产生的电势进行补偿。但这一补偿方法有这样的问题：当温度变化时电桥输出的不平衡电势与该变化温度情况下的热电偶冷端电势数值不一致，造成很大的补偿误差。

根据理论分析，要消除上述补偿误差，铜电阻的温度系数α（t）应等于：

α₁(t)=Vab(t)[4(1+R₅/R)]/[E-Vab(t)(R₅/R+2)]·t

式中Vab（t）-热电偶冷端随温度变化的电势（mv）

R-锰铜电阻值（Ω）

Rs-与电压源相串联的固定电阻值（Ω）

E-电压源电势（V）

t-环境温度（℃）

实际上，铜电阻温度系数α（t）是按下面规律变化的：

α₂（t)=α₀/1+α₀t

式中：q＝4.25×10^-3（1/℃）

t＝环境温度（℃）

可见，α₂（t）＝α（t）与α₁（t）有着本质的差别，这就是产生补偿误差的主要原因。

为解决电桥补偿误差，有人将与电桥相串联的分压电阻设计成可调的，例如美国专利3935744号。

以实际应用考虑此方案很难实施，因为环境温度不断地变化，可调的分压电阻要求不停的调整，另外在调整电阻值时会产生调整误差，对于一个要求补偿误差很小的补偿器来说，这种方法存在很大的问题。

微机控制的多点测温记录仪已成批生产，它对热电偶冷端补偿是通过基准通道电压换算进行的，一般用P-N结结电压作基准通道电压，如日本，这种换算在机器内要经过一定的程序，需要一定的时间，限制了检测速度。

本发明的目的是提供一个补偿器，它既能用作于近代微机控制的多点测温记录的基准通道电压，又可用作于现有的各种测温仪表的热电偶冷端补偿，补偿误差小于±0.1℃。

发明是这样实现的：在电压源与电桥之间串入一个由非线性的热敏感元件组成的感温变阻器，该变阻器能跟随温度的升降自动改变电阻值。进而改变电桥供电端电压，跟随温度的变化而调正电桥输出电势，达到与热电偶冷端电势一致的效果。

感温变阻器的电阻值变化的规律，是根据现代通用的电路网络图论的方法，经过计算机辅助设计得出，所用的基本计算公式如下：

（1）基本割集方程：

〔Q〕〔Cb〕〔Q〕T〔Vc〕＝〔Q〕〔Gb〕〔Eab〕-〔Q〕〔Jb〕

其中：〔Q〕-基本割集矩阵

〔Q〕＝

〔Gb〕-支路电导矩阵

〔Gb〕＝diag[l/R₂ l/R₃ l/R₅ l/R₄ l/R₅]