Computer RT Correction for Thermocouple Cold Junction Temperatur e

GUO Younan

(Department of Electrical Information Engineering, Jiangsu Teachers College of Technology, Changzhou 213001, China)

　　Key words: thermocouple; cold junction temperature compensation;digital sensor; real time correction

　　在進行溫度測量時，測量端置于被測介質中，而冷端溫度一般不為0℃，其大小隨周圍環境溫度變化。如果直接按照冷端溫度為0℃時的分度表來求得測試溫度，勢必產生很大誤差。
　　傳統的辦法，一是使用補償導線，將冷端延長到遠離熱源的恒溫室。測出冷端溫度，根據熱電偶中間溫度定律，算出對應0℃冷端時的熱電勢：
　
其中eAB(T，T0)是實測的熱電勢，eAB(T0，0)根據冷端溫度T0計算或查表所得。據此可算得eAB(T，0)，從而可得被測溫度T。
　　二是采用電橋補償法，在冷端接入補償電橋，用外加的能隨冷端溫度變化的補償電勢，來補償由于冷端溫度變化所引起的測試誤差。該法可用于冷端溫度變化的場合。
　　由于補償導線材料或補償電橋中的溫敏元件其熱電特性與熱電偶的熱電特性僅能作某種程度上的近似，因此其補償范圍與補償精度都不能滿足高精度測量的要求。
　　微機技術的發展，使得冷端溫度的數字化實時處理成為可能。筆者利用微控制器和集成溫度傳感器，對熱電偶的冷端溫度進行實時修正，使熱電偶的測溫精度在全范圍內達到±0.5℃。本文以K型熱電偶為例，介紹該系統的設計方法。

　　本設計采用89C51作為微控制器，熱電偶產生的熱電勢經過精密運算放大器7650放大后，送四位半雙積分AD轉換器ICL7135轉換為數字量送入89C51。冷端溫度的測試采用集成溫度傳感器DS18B20，該傳感器為數字傳感器，采用單總線協議，用一根線與計算機連接。硬件結構如圖1所示。

　　(1)測量端溫度。5位數字顯示，單位℃；(2)冷端溫度。4位數字顯示，單位℃；(3)熱電勢eAB(T，T0)經AD轉換后得到的數字量。5位數字顯示，單位mV。
　　用顯示選擇按鈕來進行顯示選擇。指示燈指示當前顯示的數字。缺省狀態顯示測量端溫度。
　　計算機的工作過程如下：
　　首先通過AD7135，采集熱電偶在測量端溫度T和冷端溫度T?0時產生的熱電勢數據eAB(T，T0)。其次，由DS18B20測得冷端溫度T0，然后，通過軟件查詢分度表，得到對應的熱電勢eAB?(T0，0)，再根據中間溫度定律，算得：
　
　　最后根據分度表查得eAB(T，0)對應的溫度T。

　　ICL7135是常用的四位半雙積分AD轉換器，輸出定時波形如圖2所示。ICL7135工作時，當R/H腳為“1”，7135處于連續轉換狀態。每40002個時鐘周期完成一次AD轉換，以4位二進制形式的BCD碼輸出(實際上是上次轉換的結果)。同時輸出各位的位同步選通信號：D5，D4，D3，D2，D1。AD轉換結果以動態掃描方式輸出。即當選通信號D5=“1”時，BCD輸出為萬位。當D4=“1”時，BCD輸出為千位……，其余類推。數字選通信號STB產生的負脈沖可作為AD轉換的結束信號，向微控制器發出中斷請求。在中斷服務程序中，首先判斷最高位的位選信號D5是否有效，若無效則等待。當D5有效后將此時出現在數據線上的4位BCD碼讀入內存作為萬位。接下來再判千位的位選通脈沖D4是否有效，無效等待，有效則讀入數據作為千位存內存，其余類推。所有5位數讀完以后，中斷返回。

　　冷端溫度的測量采用美國DALLAS公司的DS18B20集成傳感器。該傳感器有如下特點：
　　(1)采用單總線協議，即只要一個接口引腳即可通信。(2)不需要外部元件。(3)可用數據線供電。測量范圍從-55℃到+125℃。(4)以9位數字量輸出溫度數據。(5)數字增量值為0.5℃。(6)轉換時間為100ms。(7)具有用戶可定義的溫度報警設置。
　　對DS18B20的操作是通過控制命令來進行的。DS18B20有自己的指令集。共有6種控制命令.用戶可用這些指令進行有關的讀/寫操作。DS18B20的溫度值有9位，以1/2℃ LSB形式表示。DS18B20內有9個字節的數據暫存存儲器，字節0和字節1存放測得的溫度值。低字節在前，高字節在后。圖3是DS18B20測溫程序的流程圖。