传感器温度补偿技术.pdfVIP

精密制造与自动化 2015年第 1期 传感器温度补偿技术 李玉华 李永飚 马 林 (河南工业职业技术学院 河南南阳 473009) 摘 要 用温度补偿来抑制环境温度对传感器特性的影响，主要采用温度 自补偿法、并联式温度补偿、电桥的温 度补偿、热敏电阻温度补偿、反馈式温度补偿。采用负的温度系数热敏电阻进行补偿，可以抵消由于温度变化产 生的误差，实际应用将温度系数的热敏电阻与锰铜丝电阻并联后再与被补偿元件串联。 关键词 检测系统 温度补偿 热敏电阻 温度是影响传感器工作的主要因素之一，检测 仪表在很宽的环境温度变化范围内正常工作，并要 求温度附加误差不能超过规定值，由于传感器实际 工作环境的温度变化幅度很大，采用温度补偿技术 来抑制环境温度对传感器特性的影响。 1 温度自补偿法、并联式温度补偿 自补偿法是利用传感器本身的一些特殊结构来 满足温度补偿条件。用两种具有正负电阻温度特性 的电阻丝栅串联制成一个应变片，只要使两段丝栅 的电阻随温度变化的增量相等，便可以实现温度补 偿。单丝温度自补偿法、双丝汽度自补偿法，将两 种不同电阻温度系数一种为正值，另一种为负值的 材料串联组成敏感栅，可起到温度补偿作用。组合 式温度 自补偿法应变片的另一种形式是用两种同符 温度系数的合金丝串联接成敏感栅，在串接处焊出 引线并接入电桥，可起到温度补偿作用。 并联式温度补偿是人为的增加一个温度补偿环 节，与被补偿环节并联，使补偿的合成输出基本不 随温度的变化。实际上并联式温度补偿只能做到近 似补偿，如热电偶的参考端补偿。热电偶的参考端 处理热电偶工作时，必须保持冷端温度恒定，并且 热电偶的分度表是以冷端温度为 O~C作出的。因在 工程测量中冷端距离热源近，且暴露于空气中，易 受被测对象温度和环境温度波动的影响，使冷端温 度难以恒定而产生测量误差。为了消除这种误差， 可采取下列温度补偿或修正措施。参考端恒温法， 将热电偶的参考端放在有冰水混合的保温瓶中，可 使热电偶输出的热电动势与分度值一致，测量精度 高，常用于实验室中。工业现场可将参考端置于盛 油的容器中，利用油的热惰性使参考端保持接近室 温。补偿导线法，采用补偿导线将热电偶延伸到温 度恒定或温度波动较小处。 为节约贵重金属，热电偶电极不能做得很长， 但在 0～100℃范围内，可用与热电偶电极有相同热 电特性的廉价金属制作成补偿导线来延伸热电偶。 在使用补偿导线时，须根据热电偶型号选配补偿导 线；补偿导线与热电偶两接点处温度必须相同，极 性不能接反，不能超出规定使用温度范围。 由于热电偶的热电动势与温度的关系曲线是参 考端保持在 等于 O~C时获得的，当参考端温度不 等于 O~C时，热 电偶 的输出热 电动势将不等于 ( )，而等于 ( )，如不加以修正，所得 的温度值必然小于实际值。为求得真实温度，则根 据热电偶中间温度定律，电桥补偿法，利用不平衡 电桥产生的电动势可以补偿热电偶参考端因温度变 化而产生的热电势。在热电偶与仪表之间接入一个 直流电桥冷端补偿器，四个桥臂均由电阻温度系数 很小的锰铜丝绕制及由电阻温度系数较大的铜丝绕 制组成，铜丝和参考端感受相同的温度，当环境温 度发生变化时，引起铜丝值变化，使电桥产生的不 平衡电压的大小和极性随着环境温度的而变化，达 到 自动补偿的目的。 2 电桥的温度补偿、热敏电阻温度补偿、反馈式 温度补偿 电桥的温度补偿原理：当环境温度升高时，桥 臂上的应变片温度同时升高，温度引起的电阻值漂 移数值一致，可以相互抵消，所以全桥的温漂较小； 半桥也同样能克服温漂。由于相邻桥臂间具有温度 补偿作用，在热电阻测温电桥中，常采用三线制和 四线制接法来消除引线电阻随环境温度变化造成的 47 精密制造与自动化 2015年第 1期 测量误差。在应用中可以安装多个应变片以达到温 补偿和提高测量灵敏度的双重目的，差动电桥温度 误差补偿法，在等强度悬臂梁的上下表面对应位置 粘贴 4片相同的应变片并接成全桥，没梁受压时两 个应变受拉应变，电阻增加，另两个应变片受压应 变，电阻减小。当温度变化时，引起 4片应变片电 阻变化相同，电桥输出不变。 热敏电阻的补偿：热敏电阻温度系数大，灵敏 度高，可测量微小的温度变化值，由于热敏电阻结 构简单、热响应快，灵敏度高，因此应用广泛。 采用负的温度系数热敏电阻进行补偿，可以抵 消由于温度变化产生的误差，实际应用将温度系数 的热敏电阻与锰铜丝电阻并联后再与被补偿元件串 联。在测量各电路中可用热敏电阻实现传感器灵敏 度和输出零点温度漂移的温度补偿，灵敏度温度补 偿是在规定温度范围内保证传感器的灵敏度稳定。 零电平温度补偿，根据传感器的类型和结构，可采 用不同的方法稳定其零点。 对于测量电桥，一种十分有效的零电平温度补 偿方法是一个桥臂引