[发明专利]一种测量热电偶冷端温度的电路

说明书

技术领域

本发明涉及仪器仪表工业领域，尤其涉及一种测量热电偶冷端温度的电路。 

背景技术

热电偶测量温度具有精度高、范围广、操作简单、高可靠性等优点，广泛应用于工业生产中进行温度测量。热电偶测温的基本原理为赛贝克效应，即在由两种不同材料（需要符合一定要求）的导体或半导体A和B所组成的闭合回路中,当A和B的两个接点处于不同温度T（热端）和To（冷端）时,在回路中就会产生热电势。为了使用热电偶测量温度，必须进行冷端补偿，即对热电偶的冷端温度进行测量。冷端温度测量的方法有冰点法、电桥法、集成温度传感器法和铂电阻测量法等，存在成本高、通用性差或补偿范围小等缺点。在恒流源条件下使用PN结测量热电偶冷端温度的方法解决了成本、通用性和补偿范围等问题，但技术较复杂，不适宜工业使用。 

发明内容

为了解决背景技术中所存在的技术问题，本发明提出了一种测量热电偶冷端温度的电路，测量范围为-40℃―100℃，测量误差在±2℃之内，成本低、易于实现，非常适合电子采集系统使用，具有广泛的应用前景。 

本发明的技术解决方案是：一种测量热电偶冷端温度的电路，其特殊之处在于：包括测温电路以及与测温电路依次连接的采集电路和处理器；所述测温电路包括直流电源和二极管，所述热电偶的冷端接在直流电源和二极管正极之 间；所述直流电源电压、二极管的参数应满足流过二极管的电流为100±10mA；所述采集电路是模数转换芯片。 

当热电偶的冷端电阻是49.9kΩ时，所述直流电源电压是+5V、二极管是1N4001。 

还包括设置在二极管正极和模数转换芯片输入端之间的滤波电路和跟随电路。 

上述模数转换芯片是ADS1258；所述ADS1258模数转换芯片通过片上同步串行接口将转换结果发送给处理器。 

本发明设计测量范围为-40℃―100℃，测量误差在±2℃之内，成本低、易于实现，非常适合电子采集系统使用，具有广泛的应用前景。已应用于CFC-10发动机参数采集器，用于对汽缸头温度、滑油温度等热电偶冷端温度进行测量，使用效果良好。 

附图说明

图1是本发明的电路示意图； 

图2是二极管正向压降与温度之间的关系示意图； 

具体实施方式

参见图1，一种测量热电偶冷端温度的电路，包括以下组成： 

1）测温电路：采用+5V供电，49.9k的电阻和二极管1N4001组成测温电路，电阻和二极管组成串联电路，+5V供电为串联电路两端的电压，形成二极管在类似恒流源下工作的条件，利用PN结在恒流条件下正向压降随温度近似呈线性关系的特性，完成对温度的测量。 

上述设计通过二极管的电流约为100mA，根据二极管1N4001的工作特性， 保证采集精度的同时有效防止二极管自热对二极管测温精度造成的影响。 

2）采集电路：温度测量信号经滤波和跟随电路后，进入ADS1258模数转换芯片进行采集，采集结果通过片上同步串行接口（SPI）发送给处理器。 

滤波电路可以有效滤除干扰信号的影响，跟随电路可以避免采集信号与后级转换芯片不匹配的问题，选用24位、∑-Δ转换技术的模数转换芯片，能够保证采集精度。 

3）计算：根据测温电路，可以得出二极管1N4001随着温度的升高，正向压降变化率约为-2.63mV/℃，参见图2，通过对图2进行曲线拟合，可以得到温度T（℃）与电压V（mV）的关系，见式（1）。处理器根据式1计算出热电偶冷端的温度。 

T=-0.381V+199.653    （1）。