热电偶测温原理及实用电路

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1、电子报/2006年/12月/24日/第018版电子技能热电偶测温原理及实用电路山东郑茂欣热电偶测温有两大优点，一是测温的上限可达1800℃。二是反应速度快。由于热电偶体积小，热容量小，特别是裸装热电偶，接触瞬间即可反映出被测点温度。若用热电耦去测量元件、集成电路、散热器等的温度特别方便。热电偶的测温原理基于热电效应，将两种不同材料的导体A和B串接成一个闭合回路，当两个接点的温度不同时，在回路中就会产生热电动势，并在回路中有一定大小的电流，此种现象称为热电效应。热电动势是由两种导体的接触电势(珀尔贴电势)和单一导

2、体的温差电势(汤姆逊电势)所组成。热电动势的大小与两种导体材料的性质及接点温度有关。常用的K型热电偶。由镍铬与镍硅合金构成，其平均温差电动势在40.7μV／℃左右，其非线性在230℃以下可忽略。S、B型热电偶由铂、铂铑合金组成，其热电势约为7～15μV／℃，尽管其热电势小，非线性较大，但可用于测1300℃以上的高温，且不易被氧化，为工业测温的首选，但是在电路上必须补偿非线性误差。例如采用折线近似法、查表法等，把非线性误差减少到允许范围内。热电偶测量的是温度差，而非温度。只有知道热电偶一端的温度，才能借助热电势来

3、求出另一端的温度。这一点也与PN结、热敏电阻温度传感器不同。这些传感器一定的电压或电阻就对应一个确定的温度。而用热电偶测温时，必须借助另一个温度标准确定冷端的温度，才能测出热端的温度。为此，最简单直观的方法是用一个普通温度计测出热电偶冷端温度，然后加上热电偶测出的冷热端的温度差，就是热端的真正温度。各种各样的冷端补偿电路尽管千变万化，复杂不同，依据的却都是上述简单办法所包含的基本原理。图1电路是最简单的热电偶测温电路，用I-CL7106的自身功能即可完成冷端补偿和测温。该电路所用热电偶为K型，其温差电动势为40

4、.7μV／℃，因此，用W2将IC1的基准电压设定为40.7mV，IC1便成为满度电压为81.4mV的电压表，相当于温度量程2000℃。D1为冷端补偿二极管，首先测出其温度系数为2.38mV／℃，然后用电阻分压法将其温度系数压缩为40.7μV／℃，与热电偶一致。2.38mV／℃÷40.7μV／℃≈58.48，选电阻R1与R2之比为57.48，R1=33kΩ，则R2=574Ω。当温度上升时，D1压将减小，R2上的电压上升，且是与D1温度系数保持严格比例关系的40.7μV／℃，当然，选用的D1不同时，R1、R2的电阻

5、比也应改变。热电偶产生的温差电动势迭加在R2的电压上，再输入到IC1的IN+端。同时，用W1、R3、R4将IC1的COM端与电源正端的基准电压进行分压，用以进行平衡调整，使在0℃时电压表指示为零。这一电压接在IC1的IN－端。这样，当热电偶的测量端不测量时，其温差电动势为零。电表指示的是D1测出的环境温度。在测量端测量时，测出的热电势加在D1的分压点上，电表指示的是热端温度。该表的校准办法是，在某一环境温度下(最好是0℃时)，调W1使数字表显示环境温度。然后再将热电偶置于100℃的开水中，调W2使显示100℃。

6、也可在更高温度上校准。以上校准的前提是R1、R2与D1的温度系数匹配，否则，应预先校准R2。图2是DT838数字万用表的测温电路。该电路的冷端补偿原理与上述电路差不多，但多用了一个运放LM358。将热电偶的低电位端变成了共地(COM)的，便于利用万用表原来的插孔插入热电偶。该测温的电压表仍设定为满度81.4mV。其特点是将冷端补偿二极管的温度电压，通过LM358和R1、R2组成的反相跟随器转化为以COM为参照点的反相电压，并通过电阻R3、R4第1页共3页的分压使其变为40.7μV／℃加在IC1的IN－端，热电偶

7、产生的温差电动势通过电阻R9加到IC1的IN+端。这样，无论环境温度的上升还是热电偶测量端的温度上升，都使电压表的读数增加，完成了相加功能。该电路0℃平衡功能与图1电路类似，只不过其电压加到运放的同相端。其校准办法也与图1相同。图3电路是脱离了ICL7106的独立测温电路，既可用于数字表也可用于指针表。其冷端补偿原理和测温原理与上述电路相同，但用运放将温差电动势加以放大，以适应更广泛的应用场合。该电路按图中元件数值，输出电压为1mV／℃。0℃时输出电压为零，0℃以下输出负电压，用指针表时须改动一下指针0点位置。

8、如果测温范围较小，也可将输出改为10mV／℃，只要把图中R5、W2分别换为160kΩ、20kΩ即可。第2页共3页第3页共3页