专利名称:感温变阻热电偶冷端补偿器的制作方法
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温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+ (Rs)/(R) )]/[E-Vab(t)( (Rs)/(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)＝ (ao)/(1+aot)式中αo＝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粘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][Gb][Q]T[Vc]＝[Q][Gb][Eab]-[Q][Jb]其中〔Q〕-基本割集矩阵[Q]＝[10-1 1001 1 01]〔Gb〕-支路电导矩阵〔Gb〕＝diag〔1/R2 1/R3 1/RS 1/R4 1/R5〕Rs-为感温变阻器的电阻值(是环境温度函数)
Rs＝Rw2+ (R1×Rt)/(R1+Rt)〔Eab〕-电动势矢量(热电偶分度值)〔Eab〕＝〔OOO-Eab-Eab〕T〔Jb〕-电激流矢量〔Jb〕＝〔OOOOO〕T(2)热敏感元件变化规律按下式计算Rt＝R1(Rs-Rw2)/(R1-Rs+Rw2)Rs是由基本割集方程求得。
此外，将电桥中的铜电阻改为铜合金电阻。电阻值比与其並联支路的电阻值为大。为的是既能改变电桥输出端不平衡电势的线性度，又能减小铜合金电阻支路电流，以减少电流热效应对电阻值的影响。
为克服感温变阻器电阻值理论变化规律与工业产品实际变化规律两者之间存在的差别，电压源必须是可调的。为使电压源可调，在其输出端设有一个经过热冲击老化处理过的可调线电阻网络，以此调整输出电压。
基于上述三方面综合考虑，电桥供电端具有感温变阻器的热电偶冷端补偿达到了补偿误差小于±0.1℃的精度，当用于微机控制的多点测温记录仪的基准通道电压时，无需经过程序计算，即可直接对各热电偶进行冷端补偿，因此提高了仪器的检测速度。
发明的具体线路结构由以下实施例及其附图给出。实施例中之各组成部分及其名称如附图所示。该实施例仅适用于铜-康铜热电偶冷端补偿，现结合附图就各组成部分的作用及相互关系进行说明。
图中1表示桥式整流电源，2表示可变高精度稳压电源，8表示感温变阻器，4表示高电阻值的铜合金电阻电桥。
该装置之桥式整流电源1将220伏交流电变为10伏直流电，经滤波后，供给可变高精度稳压电源2，为使稳压电源可调，在其输出端接有一个变压电阻网络，在此网络中电阻器R6是经过热冲击老化处理过的可调线绕电阻。经变压电阻网络调节，稳压电源输出可在1.45伏与1.55伏之间任意调变。一经调变后，可调线绕电阻R6应用锁紧螺母锁紧，稳压电源输出电压经感温变阻器3，将电压加在具有高电阻值的铜合金电阻电桥4的供电端。
为使感温变阻器3随温度变化符合设计要求，其中有一个由锰铜线绕制的电阻串联一个MF11型热敏电阻制成的非线性热敏感电阻Rt，同时为便于感温变阻器在阻值调整时有灵活性，在此器件中设有可调且可锁之电阻Rw2。
具有高电阻值的铜合金电阻R5，其电阻值视补偿精度要求及被测对象温度热传导情况的不同，可以等于与其並联的桥臂电阻R2及R3的阻值，也可以大于R2及R3的阻值，本实施例采用相等的阻值。
当温度变化时，电桥输出的不平衡电势由电桥输出端(a点和b点)给出，补偿误差小于±0.1℃。
权利要求
1.一种电桥供电端具有感温变阻器的热电偶冷端补偿器，它由稳定可調的电压源和一个供电端具有感温变阻器的电桥组成，其特征是在电压源与电桥之间串有一个非綫性的可改变电桥供电端电压的感温变阻器，用以調整电桥输出。
2.根据权利要求
1所述的装置，其特征是感温变阻器中有一个随温度变化而变化的非线性热敏感元件制成的电阻R。
3.根据权利要求
1所述的装置，其特征在于电桥中含有的铜合金电阻桥臂R5是一个高阻值电阻，在0℃时与铜合金电阻相串联的电阻阻值等于铜合金电阻之数值。
4.根据权利要求
1和权利要求
3所述的装置，其特征在于铜合金电阻是一个非线性的感温变化的阻值大于与其並联的桥路电阻R2及R3的电阻。
5.根据权利要求
1所述的装置，其特征是稳压电源输出端外接一个性能稳定的可改变电源电压值的变压电阻网络。
6.根据权利要求
1和权利要求
5所述的装置，其特征是变压电阻网络中有一个为使电源电压可调的並经过热冲击老化处理的精密线绕可调电阻R6。
专利摘要
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℃。
文档编号G01K7/02GK85100189SQ85100189
公开日1986年7月23日 申请日期1985年4月1日
发明者金光太 申请人:西北轻工业学院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan