淺析溫度補(bǔ)償和冷端補(bǔ)償

(廣西壯族自治區(qū)計(jì)量檢測研究院 廣西 南寧 530007)

在校驗(yàn)儀表中，多數(shù)數(shù)字儀表都給出了溫度補(bǔ)償?shù)姆秶蛘呤潜ＷC準(zhǔn)確度的溫度范圍，也有儀表給出了溫補(bǔ)系數(shù)。為什么要給出這樣的指標(biāo)？指標(biāo)有什么意義？

一、溫度計(jì)量中為何要進(jìn)行溫度補(bǔ)償？

在工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境溫度變化的范圍大而劇烈。工作在工業(yè)現(xiàn)場的檢測系統(tǒng)、傳感器、變送器、敏感元件、電子器件等對(duì)溫度都有一定的敏感度。儀表中的傳感器的工作通過信號(hào)轉(zhuǎn)換為易傳輸與處理的電信號(hào)，但大多數(shù)傳感器的敏感元件采用金屬或半導(dǎo)體材料，其特性與環(huán)境溫度有著密切的聯(lián)系，受溫度變化引起的熱輸出較大。這樣就會(huì)使檢測系統(tǒng)的零點(diǎn)和和靈敏度發(fā)生變化而造成輸出值隨環(huán)境溫度而變化，導(dǎo)致測量出現(xiàn)附加誤差。繼而影響到傳感器的靜特性。雖然可以考慮采用冷卻或恒溫措施，但在不宜采用這種措施的場合，則需要采取電路硬件措施或在應(yīng)用微處理的檢測系統(tǒng)中采用軟件進(jìn)行補(bǔ)償，以減少或消除溫度變化帶來的影響，即必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

二、溫度補(bǔ)償?shù)脑?/h2>

溫度補(bǔ)償是利用檢測系統(tǒng)自身的幾個(gè)環(huán)節(jié)受溫度影響產(chǎn)生的變化相反而互相抵消的作用，或在檢測系統(tǒng)中附加一個(gè)環(huán)節(jié)、一個(gè)電路或一段程序，用它去控制檢測系統(tǒng)的輸出值，使之不隨環(huán)境溫度的變化而變化。為了實(shí)現(xiàn)有效的溫度補(bǔ)償，必須找出輸出值隨溫度變化的關(guān)系，既輸出對(duì)溫度的靈敏度。根據(jù)靈敏度的規(guī)律確定溫度補(bǔ)償?shù)念愋?，從而確定補(bǔ)償電路的結(jié)構(gòu)或程序的結(jié)構(gòu)。

三、溫度補(bǔ)償?shù)姆绞?/h2>

(一)自身補(bǔ)償式溫度補(bǔ)償方式

金屬應(yīng)變片的雙金線柵法實(shí)現(xiàn)溫補(bǔ)就是典型的應(yīng)用。

(二)并聯(lián)式溫度補(bǔ)償方式

并聯(lián)式溫度補(bǔ)償其實(shí)質(zhì)上是用補(bǔ)償環(huán)節(jié)隨溫度變化引起的增量法去抵消檢測系統(tǒng)輸出隨溫度變化所引起的增量。差動(dòng)傳感器能有效地消除溫度的影響就是利用此原理。

(三)反饋式溫度補(bǔ)償方式

反饋式溫度補(bǔ)償?shù)年P(guān)健問題是零點(diǎn)和靈敏度人檢測和采用什么手段去控制它。此方式在工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用。

四、溫度的補(bǔ)償方法

(一)檢測系統(tǒng)中溫度飄移的硬件補(bǔ)償法

主要有三種，零點(diǎn)補(bǔ)償，靈敏度補(bǔ)償和綜合補(bǔ)償。

(二)檢測系統(tǒng)中溫度漂移的軟件補(bǔ)償法

(1)零點(diǎn)補(bǔ)償

檢測系統(tǒng)在零輸入信號(hào)時(shí)，包括信號(hào)輸入放大器及微機(jī)接口電路在內(nèi)的整個(gè)檢測部分的輸出應(yīng)為零。但由于零漂的存在，它們的確輸出不為零。微機(jī)系統(tǒng)可以把檢測到的零漂值存入內(nèi)存中，爾后，在每次檢測中都減去這個(gè)零漂值，這就能實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)補(bǔ)償。

(2)零漂自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償

零漂值不是一個(gè)定值，它會(huì)隨環(huán)境溫度、時(shí)間而變化，且不是線性的。在有微機(jī)參與的檢測系統(tǒng)中，可以借助于軟件實(shí)施零漂的自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償，用跟蹤到的零漂值對(duì)被測量的采集值進(jìn)行修正，就可以得到滿意的結(jié)果。

(3)傳感器的溫度修正

在環(huán)境溫度變化較大或?qū)鞲衅饕筝^高的場合，從整個(gè)檢測系統(tǒng)整體進(jìn)行溫度補(bǔ)償又不能有效地克服傳感器的溫度附加誤差，這時(shí)，需要單獨(dú)考慮環(huán)境溫度變化對(duì)傳感器零點(diǎn)和靈敏度的影響。在有些情況下，只采用模擬量或硬件電路是難以實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償時(shí)，在應(yīng)用微機(jī)和智能儀表或檢測系統(tǒng)中，只要精確地建立溫度誤差的數(shù)學(xué)模型，就可以較好地解決這一問題。

五、冷端補(bǔ)償

通常測量時(shí)儀表是處于室溫之下的，但由于冷端不為0℃，造成了熱電勢差減小，使測量不準(zhǔn)，出現(xiàn)誤差。因此為減少誤差所做的補(bǔ)償措施就是冷端溫度補(bǔ)償。冷端補(bǔ)償與熱電偶相關(guān)。分度表上的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值是以冷端在零度為標(biāo)準(zhǔn)的，然而，測量時(shí)儀表通常是處于室溫之下的，由于冷端不為零度，造成熱電勢差減小，使測量不準(zhǔn)，出現(xiàn)錯(cuò)誤。若測量時(shí)，冷端(環(huán)境)的溫度變化，將影響嚴(yán)重測量的準(zhǔn)確性。在冷端采取一定措施補(bǔ)償從而消除該影響稱為熱電偶的冷端補(bǔ)償。在儀器內(nèi)部內(nèi)置一個(gè)PT100的冷端補(bǔ)償電阻，它可以實(shí)時(shí)地測得環(huán)境溫度,從而消除環(huán)境溫度對(duì)測量結(jié)果的影響。

實(shí)際工作中，由于普通的導(dǎo)線存在一定的電阻，相當(dāng)于閉合回路中加了一個(gè)電阻，這對(duì)測量結(jié)果的影響非常大，為消除此影響，我們需要使用冷端補(bǔ)償導(dǎo)線。由于冷端的貴金屬材料都比較昂貴，工作中一般都選用和該材料特性非常接近的相對(duì)廉價(jià)的材料進(jìn)行替代，這樣就相當(dāng)于冷端直接與儀表的測量電路相連，從而消除了普通導(dǎo)線電阻的影響。熱電偶的測溫或模擬輸出時(shí)，我們推薦使用匹配的補(bǔ)償導(dǎo)線，并根據(jù)被測熱電偶或二次儀表的特性(是否自帶溫度補(bǔ)償)選擇是否啟用內(nèi)置的溫度補(bǔ)償功能。

有了溫度補(bǔ)償不一定能保證儀表的準(zhǔn)確。一只儀表的好壞是由整體綜合性能決定的，除了溫度補(bǔ)償外，還取決于線性修正、應(yīng)力老化、加工工藝和多項(xiàng)參數(shù)。這就要求企業(yè)自動(dòng)化開發(fā)水平很高，開發(fā)出儀表綜合采集系統(tǒng)，通過長期的技術(shù)儲(chǔ)備和可靠性的試驗(yàn)，高低溫應(yīng)力老化和常溫老化等全方位掌握儀表中的特性，使生產(chǎn)出的儀表波動(dòng)范圍更小，儀表準(zhǔn)確度更高。