摘要：热电偶线性温度测量设备主要用于工业生产和科学研究等领域中，该种测量设备具有性能稳定、测量范围较广、安装和使用均十分方便等优点，然而在实际的应用过程中该种测量装置仍然存在非线性特性所带来的缺陷，对于工业生产等方面造成影响。本文就热电偶线性温度测量装置进行分析研究。
关键词：热电偶；测温仪表；应用
一、整机结构及工作过程
热电偶线性温度测量装置分别包括三个单元，即冷端温度补偿以及信号处理单元、放大单元以及数据采集、处理单元等，通过这三个单元的作业能够让整个温度环境控制在0-50摄氏度之间。
1、冷端温度补偿及信号处理
冷端温度补偿和信号处理单元主要的结构是热电偶AD590M、多路模拟开关（U1、U2）以及标准热电偶（R1、R2）。这个单元的主要的作业内容是对冷端进行温度补偿、提供标准毫伏校准信号、然后是对Et负热电势信号进行处理。通过对装置原理结构框图的观察我们会发现AD590M的输出电流经U1分别向3个支路进行电流输出，所以在温度测量的过程中为了提升测量的准度，在设计时便会使3个支路中的电阻值相同,即电阻R1的值和其它两支路的电阻值相等均为1kΩ。
首先，用单片机来对多路模拟开关进行控制，并保证INO通道导通，AD590M的输出电流与电阻形成压降，压降再经由模拟开关直接送至放大单元，作为冷端温度补偿进行信号的输入，这样便能够将冷端温度的准确值和电流值计算出来；再者，多路模拟开关能够让IN1导通，AD590M的输出电流流过电阻(R2),然后形成压降U02，该压降然后被作为标准的毫伏电压信号由IN1直接送至放大单元，最后对采样通路和放大单元等进行校准。
1.2放大单元
放大单元的主要结构是运算放大器（IC1、IC2⋯⋯IC5）、多路模拟开关U3等组成，其中IC1-IC3所组成的是第一路的放大器，后两个则组成第二路放大器，两路放大器都使用第一级。一般的再设计时需要考虑零点漂移的影响以及如何提升输入抗阻等技术要点，放大器的第一级是跟随器，IC1-2和IC4则使用的是斩波稳零式高精度运算放大器（型号为ICL7650）、另外两个放大器则使用的是型号为OP07的放大器。若当开关U1的通道导通时，其U3开关的通道也处于导通状态，所以压降U01是通过第一路的放大器进行放大；如果开关U1所控制的通道IN1和IN2均出现导通，开关U3所控制的通道IN1也导通，那么其压降U02、U08以及Et都由第二路放大器进行放大处理。
1.3数据采集及处理
数据采集、处理单元则是由单片计算机、12位A/D转换器、数码显示器以及串口等构成，该单元的主要职能是进行逻辑控制、数据的采集和运算、查询分度表、温度数据的显示和串口输出情况等。在第一步骤中P1.0-P1.4均为0，其主要的功能是采集压降U01；第二步骤中PI.0、P1.2和P1.4均为0，而P1.1、P1.3为1，主要的功能是采集标准电压U02；第三步骤其P1.0、P1.2均为0，而P1.1、P1.3、P1.4为1，其主要的功能是采集Et+U03；第四步骤是P1.0为0，而P1.1-1.4均为1，其主要功能是采集U03的数据。
二、测量原理
1、AD590M的特性
AD590M是单片集成两端的电流源，其是由美国ANALOG DEVICES公司发明和创造的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆该装置的测量范围在-55-+150摄氏度之间，如果测量的时间较短，那么其测量范围可能会稍广，比如-100-+200摄氏度之间，该测量元件的特性表现在如果输出的电流其单位是微安，那么整个数据和该器件所在的环境中其热力学温度的度数一致，工作过程中该装置的电源电压控制在4-30V之间，AD590M的精度较高，在整个测量范围的误差一般在2.5摄氏度左右，但是通过校准处理之后，其误差会缩小至0.3摄氏度以内，在实验中我们将测量范围控制在0-50摄氏度之间，结果该装置的测量误差在0.1摄氏度以内。
2、热电势的测量原理
我们分别对压降U01……U03，以及Et+U03进行采样，分别得到S1……S3以及St等数值，在对压降数据U01,进行采样时，其IC1……IC3、AD574和U3所组成的放大转换通道的等效转换系数为K1；而K2则为U02、U03、U03+Et进行采样时，IC1、IC4-5、AD574和U3所共同组成的放大转换通道转换系数。如果假设电偶冷端的温度为0摄氏度，其热电势为Et，如果开关的IN通路导通，那么便会得到以下公式：
U01=I*R1 （1）
S1=K1（t）*U01=K1（t）*I*R1 （2）
如果使用环境的温度范围在0-50℃，其AD590M输出端的电流最大值为323.2μA，其AD574输出电压为10V,电路中K1(t)的计算公式如公式③所示。
K（）=（μΩ）=μμ （3）
由此可知由IC1……1C3、AD574、U3所共同组成的转换通道，其转换等效系数并不高，如果分别对IC1、IC2采用斩波稳零型运放6I5C0L，而IC3则采用OP07，那么其稳定性较强，同时还能够忽略由于温度漂移产生的影响。所得的公式为：
I=K（t）s1*R1=K1s1*R1 （4）
3、软件设计
系统软件的功能非常的繁杂，其中包括逻辑控制、温度计算和查表、电流电势计算、冷端温度补偿等等。在设计的过程中主要采用的是模块化结构，根据其功能设计子程序，由每一个子程序体现某一个具体的功能。
三、结束语
本文做研究的装置是以AD590M为恒流电源并且能够实现自动校准热电偶电势温度测量装置，该种装置有效的降低了AD转换器以及放大器温度漂移以及非线性的影响，使得在工业生产、科学研究过程中的温度测量更加的精准，在获得热电势的数值之后，运用热电偶、热电阻分度表的方法将温度值求出来，这样便真实实现了线性测量，且能够对任何分度区间的温度进行精确测量，该装置在温度测量时误差较小，即使温度范围达到1000摄氏度左右，其误差也控制在1摄氏度以内，但是该种装置在测量低温时精度较差，如果在测量的过程中通过对放大器倍数进行调整，便能够有效的提升测量精度。
参考文献
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论文作者:苑绍丽
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
标签：测量论文; 温度论文; 热电偶论文; 放大器论文; 单元论文; 摄氏度论文; 电势论文; 《电力设备》2018年第24期论文;