CN215865540U - 一种热电偶冷端补偿电路和热电偶测温*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热电偶冷端补偿电路，该电路包括差分运算放大器和桥式分压电路；桥式分压电路连接电源和差分运算放大器，差分运算放大器的输出电压作为热电偶的冷端补偿电压。桥式分压电路中的一个桥臂包括阻值随温度可调的阻性器件，其余桥臂包括固定阻值的电阻；阻值随温度可调的阻性器件和热电偶的冷端处于同一温度环境中。采用本方案，当热电偶的冷端处于不同温度环境中时，阻性器件的阻值也随温度变化而发生变化，使得补偿电路的补偿电压也发生变化，从而实现对冷端的动态补偿，减少了人力资源的浪费。此外，本实用新型还公开了一种热电偶测温***，包括热电偶冷端补偿电路，效果同上。

Description

一种热电偶冷端补偿电路和热电偶测温***

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种热电偶冷端补偿电路和热电偶测温***。

背景技术

热电偶是两种不同的导体材料或半导体材料A和B组成一个闭合回路，当其两端相互连接时，只要连接点处的温度不同，其中一端温度为T1，称为工作端或热端，而另一端温度为T0，称为自由端(也称参考端)或冷端，回路中就会产生一个电动势，该电动势的方向和大小仅与导体的材料及两接点的温度有关。这种现象被称为“热电效应”，而两种导体或半导体组成的回路称为“热电偶”，这两种导体或半导体称为“热电极”，产生的电动势称为“热电动势”。

实际使用过程中，热端作为测试端放在热源里，冷端则通常置于室温中，因此受使用环境和地域的影响，室温通常会存在一定的差异，因此热电偶的冷端要进行相应的补偿才能正常使用。

常用的补偿方法为电路补偿法，该方法为给热电偶冷端提供一个额定的电压来进行补偿，不同温度环境中需要调整该电压的补偿值，此时需要人工进行干预，操作人员根据温度，增加或减少电阻从而改变补偿电压进行补偿，造成了人力资源的浪费。

由此可见，如何在不同温度环境中对热电偶进行冷端补偿时减少人力资源的浪费是本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种热电偶冷端补偿电路和热电偶测温***，用于在不同温度环境中对热电偶进行冷端补偿时减少人力资源的浪费。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种热电偶冷端补偿电路，该电路包括：

差分运算放大器和桥式分压电路；

所述桥式分压电路中的一个桥臂包括阻值随温度可调的阻性器件，其余桥臂包括固定阻值的电阻；所述阻值随温度可调的阻性器件和热电偶的冷端处于同一温度环境中；

所述桥式分压电路的第一端连接电源，所述桥式分压电路的第二端连接所述差分运算放大器的同相输入端，所述桥式分压电路的第三端连接所述差分运算放大器的反相输入端，所述桥式分压电路的第四端接地；

所述差分运算放大器的输出电压作为热电偶冷端补偿电压。

优选的，所述阻值随温度可调的阻性器件为铂电阻；

所述铂电阻的第一端作为所述桥式分压电路的第三端连接所述差分运算放大器的反相输入端，所述铂电阻的第二端作为所述桥式分压电路的第四端接地。

优选的，所述阻值随温度可调的阻性器件包括：

温度传感器，控制芯片，多个开关与对应数量的多个电阻；其中所述多个电阻的阻值皆不相同；

所述温度传感器连接所述控制芯片，所述控制芯片连接所述多个开关，所述开关与所述电阻一一对应连接，所述控制芯片通过所述温度传感器发送的温度信号，控制选择不同阻值的所述电阻接入所述桥臂。

优选的，还包括：

温度显示仪表；

所述温度显示仪表连接所述差分运算放大器的输出端和热电偶。

优选的，还包括：

第二差分运算放大器；

所述第二差分运算放大器的同相输入端连接所述热电偶，所述第二差分运算放大器的反相输入端连接所述差分运算放大器的输出端。

优选的，所述固定阻值的电阻包括：

第一电阻，第二电阻，第三电阻；

所述第一电阻的第一端和所述第三电阻的第一端共同作为所述桥式分压电路的第一端，所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第一端共同作为所述桥式分压电路的第二端，所述第三电阻的第二端和所述铂电阻的第一端共同作为所述桥式分压电路的第三端，所述第二电阻的第二端和所述铂的第二端共同作为所述桥式分压电路的第四端；

其中，所述第一电阻和所述第三电阻的阻值相同，所述第二电阻和所述铂电阻在所处温度环境为0摄氏度时的阻值相同。

优选的，还包括：

滤波电路；

所述滤波电路的输入端连接所述第二差分运算放大器，所述滤波电路用于抑制和防止干扰。

优选的，还包括：

报警装置；

所述报警装置与所述电源连接，用于在所述电源有无输出时发出提示。

优选的，所述报警装置包括：

指示灯和蜂鸣器；

所述指示灯和蜂鸣器与所述电源连接，用于显示所述电源有无输出。

为解决上述技术问题，本实用新型还提供一种热电偶测温***，包括上述的热电偶冷端补偿电路。

本实用新型所提供的热电偶冷端补偿电路，包括差分运算放大器和桥式分压电路；桥式分压电路连接电源和差分运算放大器，差分运算放大器的输出电压作为热电偶的冷端补偿电压。桥式分压电路中的一个桥臂包括阻值随温度可调的阻性器件，其余桥臂包括固定阻值的电阻；阻值随温度可调的阻性器件和热电偶的冷端处于同一温度环境中。采用本方案，当热电偶的冷端处于不同温度环境中时，阻性器件的阻值也随温度变化而发生变化，使得补偿电路的补偿电压也发生变化，从而实现对冷端的动态补偿，减少了人力资源的浪费。

此外，本实用新型所提供的热电偶测温***包括上述提到的热电偶冷端补偿电路，效果同上。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种热电偶冷端补偿电路的电路图；

图2为本实用新型实施例提供的一种热电偶测温***的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护范围。

本实用新型的核心是提供一种热电偶冷端补偿电路和热电偶测温***，用于在对热电偶进行冷端补偿时减少人力资源的浪费。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

图1为本实用新型实施例提供的一种热电偶冷端补偿电路的电路图，如图1所示，该电路包括：差分运算放大器和桥式分压电路。桥式分压电路中的一个桥臂包括阻值随温度可调的阻性器件，其余桥臂包括固定阻值的电阻。阻值随温度可调的阻性器件和热电偶的冷端处于同一温度环境中。桥式分压电路的第一端连接电源，桥式分压电路的第二端连接差分运算放大器的同相输入端，桥式分压电路的第三端连接差分运算放大器的反相输入端，桥式分压电路的第四端接地。差分运算放大器的输出电压作为热电偶冷端补偿电压。

本实施例提供的热电偶冷端补偿电路，用于在不同温度环境中对热电偶进行冷端补偿时减少人力资源的浪费。在对热电偶冷端进行补偿时，电压经过桥式分压电路和运算放大器，成为补偿电压，实现对热电偶的冷端补偿。当热电偶的冷端位于不同温度环境中时，其产生的电势会发生变化，而与热电偶冷端位于同一温度环境的桥式分压电路中的阻值随温度可调的阻性器件的阻值也在变化，使得补偿电压发生改变，使其满足对热电偶冷端的补偿。

其中，阻值随温度可调的阻性器件可以是温敏电阻，如图1中的R7，也可以是由温度传感器结合多种不同阻值电阻的形式。对于后者而言，温度传感器用于获取当前环境温度从而确定需要投入的阻值，进而由控制芯片将对应阻值的电阻接入所属的桥臂，其可以是一个独立的个体，也可以是不同种类或者相同种类的器件组合而成，这里不做限定。其它桥壁上的固定阻值的电阻的个数同样不做限定。

在当前技术中，由于热电偶产生的电动势很小，所以在使用时通常需要经过差分运算放大器进行放大，如图2中的U3，本电路中的差分运算放大器U1对桥式分压电路输出的电压进行进一步调整，使其成为补偿电压。调整可以是电压跟随，也可以是电压放大，具体是哪种调整，取决于U3的放大倍数。可以理解的是，当对热电偶产生的电动势进行放大的差分运算放大器的放大倍数确定的情况下，经过计算，本电路中的差分运算放大器U1的放大倍数以及电源电压也随之确定。本实施例提供一种差分运算放大器，为AD623ARZ，其电压放大倍数公式如下：

其中，V_C为AD623ARZ的输入电压差值，V_O为放大后所输出的电压，R_G为差分运算放大器所串联电阻的阻值，如图2中的R8、R9、R10。在热电偶的使用过程中，其冷端所处的温度环境可能是在零摄氏度以上，也可能是在零摄氏度以下，不同情况下所需要的补偿电压的正负也不同，所以，本电路中的差分运算放大器应支持双电源供电，使其既可以放大正电压输入信号，也可以放大负电压输入信号。该差分运算放大器的输出电压即为热电偶所需的补偿电压，其可以和热电偶产生的电动势共同接入其它器件，例如仪表，以实现对热电偶冷端补偿，当然，可以理解的是，如果热电偶产生的电动势经过差分运算放大器的放大，那么接入其它器件的电动势即为放大后的电动势。

本实用新型实施例提供的热电偶冷端补偿电路，包括差分运算放大器和桥式分压电路；桥式分压电路连接电源和差分运算放大器，差分运算放大器的输出电压作为热电偶的冷端补偿电压。桥式分压电路中的一个桥臂包括阻值随温度可调的阻性器件，其余桥臂包括固定阻值的电阻；阻值随温度可调的阻性器件和热电偶的冷端处于同一温度环境中。采用本方案，当热电偶的冷端处于不同温度环境中时，阻性器件的阻值也随温度变化而发生变化，使得补偿电路的补偿电压也发生变化，从而实现对冷端的动态补偿，减少了人力资源的浪费。

在上述实施例的基础上，在本实施例中，阻值随温度可调的阻性器件为铂电阻。

铂电阻的第一端作为桥式分压电路的第三端连接差分运算放大器的反相输入端，铂电阻的第二端作为桥式分压电路的第四端接地。

本实用新型实施例提供的热电偶冷端补偿电路，选择阻值随温度可调的阻性器件为铂电阻，铂电阻的阻值随温度的增大而增大，减小而减小，阻值变化与温度成线性关系。可以理解的是，相对于选择温度传感器结合电阻的形式，使用铂电阻可以使电路更简洁，同时，由于其阻值变化与温度成线性关系，可以更精准的提供补偿电压。

在上述实施例的基础上，在本实施例中，阻值随温度可调的阻性器件包括：温度传感器，控制芯片，多个开关与对应数量的多个电阻；其中多个电阻的阻值皆不相同；

温度传感器连接控制芯片，控制芯片连接多个开关，开关与电阻一一对应连接，控制芯片通过温度传感器发送的温度信号，控制选择不同阻值的电阻接入桥臂。

以开关和电阻的数量都为3个为例，开关分别为第一开关，第二开关，第三开关，电阻分别为第四电阻，第五电阻，第六电阻。温度传感器连接控制芯片的第一端，控制芯片的第二端作为桥式分压电路的第三端连接差分运算放大器的反相输入端，控制芯片的第三端连接第一开关的第一端、第二开关的第一端和第三开关的第一端，第一开关的第二端连接第四电阻的第一端、第二开关的第二端连接第五电阻的第一端、第三开关的第二端连接第六电阻的第一端，第四电阻的第二端、第五电阻的第二端、第六电阻的第二端作为桥式分压电路的第四端接地。

本实用新型实施例提供的热电偶冷端补偿电路，通过温度传感器接收周围温度环境的温度信号，将其传输给控制芯片，控制芯片可以根据温度信号控制开关，选择将不同阻值的电阻接入电路，进而改变补偿电压。可以理解的是，本实施例中的电阻接入是以串联的形式接入，所以第四电阻、第五电阻、第六电阻的阻值皆不相同。当然，如果只需将该电路的阻值变小，其也可以是并联的形式接入，此时电阻的阻值也可以相同。

在具体实施中，为了实际使用热电偶，还需要将补偿电压加入到热电偶产生的电动势中。

在上述实施例的基础上，在本实施例中，还包括：

温度显示仪表；

温度显示仪表连接差分运算放大器的输出端和热电偶。

本实用新型实施例提供的热电偶冷端补偿电路，通过温度显示仪表将热电偶产生的电动势和补偿电压合并，实现热电偶冷端补偿，同时，将合并后的电压转换成温度并显示在表盘上，可以获得热电偶测得的温度，实现对热电偶的实际使用。

在具体实施中，有时补偿之后的电动势仍不能满足使用。

图2为本实用新型实施例提供的一种热电偶测温***的电路图，如图2所示，在上述实施例的基础上，在本实施例中，还包括：第二差分运算放大器；如图2中的U2，第二差分运算放大器的同相输入端连接热电偶，第二差分运算放大器的反相输入端连接差分运算放大器的输出端。图2中的热电偶经过U3的放大，其中，R11为热电偶接地时所需的电阻，所以在本实施例中，第二差分运算放大器的同相输入端连接U3的输出端。

本实用新型实施例提供的热电偶冷端补偿电路，通过第二差分运算放大器将补偿电压和热电偶产生的电动势合并，并进行进一步的放大，使电压可以满足后续使用。

上述实施例中，对于固定阻值的电阻不做限定，在本实施例中，如图1所示，固定阻值的电阻包括：

第一电阻R1，第二电阻R2，第三电阻R3；

第一电阻的第一端和第三电阻的第一端共同作为桥式分压电路的第一端，第一电阻的第二端和第二电阻的第一端共同作为桥式分压电路的第二端，第三电阻的第二端和铂电阻的第一端共同作为桥式分压电路的第三端，第二电阻的第二端和铂的第二端共同作为桥式分压电路的第四端；

其中，第一电阻和第三电阻的阻值相同，第二电阻和铂电阻在所处温度环境为0摄氏度时的阻值相同。

本实用新型实施例提供的热电偶冷端补偿电路，其中的桥式分压电路由三个固定阻值的电阻和一个铂电阻组成，第一电阻和第三电阻的阻值相同，第二电阻和铂电阻在所处温度环境为0摄氏度时的阻值相同，假设桥式分压电路的第二端输出电压为V2，桥式分压电路的第三端输出电压为V1，则补偿电压计算公式为

采用本实施例提供的技术方案，可以更简洁的计算出补偿电压。

在上述实施例的基础上，在本实施例中，还包括滤波电路。

滤波电路的输入端连接第二差分运算放大器，滤波电路用于抑制和防止干扰。

本实用新型实施例提供的热电偶冷端补偿电路，通过增加滤波电路，可以抑制和防止干扰，使信号更平滑。

补偿电路从电源处获得电压，进行分压、放大等操作后成为补偿电压以为热电偶冷端进行补偿，在具体实施中，操作人员无法确定电源处是否有电压输出，是否对热电偶冷端进行了补偿。

在上述实施例的基础上，在本实施例中，还包括报警装置；

报警装置与电源连接，用于在电源有无输出时发出提示。

本实用新型实施例提供的热电偶冷端补偿电路，通过增加报警装置，在电源有无输出时发出提示，使操作人员知晓电源有无输出，是否对热电偶冷端进行了补偿。

在具体实施中，为了更方便、快捷的知晓电源有无输出，在上述实施例的基础上，在本实施例中，报警装置包括：指示灯和蜂鸣器；

指示灯和蜂鸣器与电源连接，用于显示电源有无输出。

本实用新型实施例提供的热电偶冷端补偿电路，报警装置采用指示灯和蜂鸣器，在电源有无输出的时候控制指示灯和蜂鸣器的状态改变。例如在电源有输出时指示灯闪烁，蜂鸣器不工作，在无输出时指示灯熄灭，蜂鸣器发出蜂鸣，使操作人员了更方便、快捷的知晓电源有无输出，保障电路的正常工作。

最后，本实用新型实施例还提供一种热电偶测温***，该***除了包括热电偶等部件外，还包括上述的热电偶冷端补偿电路，该电路为热电偶进行冷端补偿。由于上文中对于各部件进行了详细描述，故本实施例不再赘述。

本实用新型实施例提供的热电偶测温***，包括热电偶冷端补偿电路，该电路包括差分运算放大器和桥式分压电路；桥式分压电路连接电源和差分运算放大器，差分运算放大器的输出电压作为热电偶的冷端补偿电压。桥式分压电路中的一个桥臂包括阻值随温度可调的阻性器件，其余桥臂包括固定阻值的电阻；阻值随温度可调的阻性器件和热电偶的冷端处于同一温度环境中。采用本方案，当热电偶的冷端处于不同温度环境中时，阻性器件的阻值也随温度变化而发生变化，使得补偿电路的补偿电压也发生变化，从而实现对冷端的动态补偿，减少了人力资源的浪费。

以上对本实用新型所提供的热电偶冷端补偿电路和热电偶测温***进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种热电偶冷端补偿电路，其特征在于，包括：

差分运算放大器和桥式分压电路；

所述桥式分压电路中的一个桥臂包括阻值随温度可调的阻性器件，其余桥臂包括固定阻值的电阻；所述阻值随温度可调的阻性器件和热电偶的冷端处于同一温度环境中；

所述桥式分压电路的第一端连接电源，所述桥式分压电路的第二端连接所述差分运算放大器的同相输入端，所述桥式分压电路的第三端连接所述差分运算放大器的反相输入端，所述桥式分压电路的第四端接地；

所述差分运算放大器的输出电压作为热电偶冷端补偿电压。

2.根据权利要求1所述的热电偶冷端补偿电路，其特征在于，所述阻值随温度可调的阻性器件为铂电阻；

所述铂电阻的第一端作为所述桥式分压电路的第三端连接所述差分运算放大器的反相输入端，所述铂电阻的第二端作为所述桥式分压电路的第四端接地。

3.根据权利要求1所述的热电偶冷端补偿电路，其特征在于，所述阻值随温度可调的阻性器件包括：

温度传感器，控制芯片，多个开关与对应数量的多个电阻；其中所述多个电阻的阻值皆不相同；

所述温度传感器连接所述控制芯片，所述控制芯片连接所述多个开关，所述开关与所述电阻一一对应连接，所述控制芯片通过所述温度传感器发送的温度信号，控制选择不同阻值的所述电阻接入所述桥臂。

4.根据权利要求2所述的热电偶冷端补偿电路，其特征在于，还包括：

温度显示仪表；

所述温度显示仪表连接所述差分运算放大器的输出端和热电偶。

5.根据权利要求2所述的热电偶冷端补偿电路，其特征在于，还包括：

第二差分运算放大器；

所述第二差分运算放大器的同相输入端连接所述热电偶，所述第二差分运算放大器的反相输入端连接所述差分运算放大器的输出端。

6.根据权利要求2所述的热电偶冷端补偿电路，其特征在于，所述固定阻值的电阻包括：

第一电阻，第二电阻，第三电阻；

所述第一电阻的第一端和所述第三电阻的第一端共同作为所述桥式分压电路的第一端，所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第一端共同作为所述桥式分压电路的第二端，所述第三电阻的第二端和所述铂电阻的第一端共同作为所述桥式分压电路的第三端，所述第二电阻的第二端和所述铂的第二端共同作为所述桥式分压电路的第四端；

其中，所述第一电阻和所述第三电阻的阻值相同，所述第二电阻和所述铂电阻在所处温度环境为0摄氏度时的阻值相同。

7.根据权利要求5所述的热电偶冷端补偿电路，其特征在于，还包括：

滤波电路；

所述滤波电路的输入端连接所述第二差分运算放大器，所述滤波电路用于抑制和防止干扰。

8.根据权利要求1所述的热电偶冷端补偿电路，其特征在于，还包括：

报警装置；

所述报警装置与所述电源连接，用于在所述电源有无输出时发出提示。

9.根据权利要求8所述的热电偶冷端补偿电路，其特征在于，所述报警装置包括：

指示灯和蜂鸣器；

所述指示灯和蜂鸣器与所述电源连接，用于显示所述电源有无输出。

10.一种热电偶测温***，其特征在于，包括权利要求1至9任意一项所述的热电偶冷端补偿电路。

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