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）

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）

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。

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、双丝温度自补偿法，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0℃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T0等于0℃时获得的，当参考端温度不等于0℃时，热电偶的输出热电动势将不等于EAB(T,T0)，而等于EAB(T,Tn)，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入热敏电阻，虽然每个桥臂电阻都随温度变化，但所有桥臂的总电阻可以用某个桥臂电阻的等效温度变化来代替。

用热敏电阻进行温度补偿实用电路如图1所示，偏置电路采用热敏电阻负温度系数对温度进行补偿，可获良好的特性。

图1 温度补偿电路

双金属热保护器（如图2所示），双金属热保护器是一个封装起来的固定双金属热敏元件，埋设在压缩机内的电动机绕组中，对电动机绕组的温度进行控制，当电动机绕组过热时，保护器内的双金属片产生形变，切断压缩机的电源。

双金属除霜温度传感器。双金属除霜温度传感器的结构如图3所示，由双金属热敏元件，推杆及微动开关组成，平时微动开关处于常闭状态。接通除霜开关，除霜加热器经双金属热敏元件构成回路，除霜开始，除霜后电冰箱蒸发器温度升高，双金属热敏元件产生形变,经推杆使微动开关触点断开停止除霜。

图2 双金属热保护器

图3 双金属除霜温度传感器

反馈式温度补偿：是应用负反馈的原理，通过自动调整过程，保持传感器的零点和灵敏度不随环境温度而变化。如差动变压器杂动整流电压输出测量电路，在不考虑涡损、磁损及杂散电容的理想条件下，传感器的灵敏度与一次绕组的电感、电阻及交-直流电压变换系数、耦合系数等有关，这些参数都随环境温度而变化。

3 结语

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，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。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。反馈式温度补偿是应用负反馈的原理，保持传感器的零点和灵敏度不随环境温度而变化。

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