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摘?要 本文着重阐述了热电偶冷端补偿的基本原理以及基本的应用方法和操作程序，同时介绍了数字式温度传感器的基本构成、工作原理以及相关注意事项等各个方面的问题。在对基本原理进行阐述的基础上提出了实现数字温度传感器热电偶冷端补偿的基本方法，并且对传感器与热电偶冷端温度补偿之间的互相匹配的关系做出了详细阐述。
关键词 数字温度；传感器；热电偶；冷端补偿；应用；分析
中图分类号 TP212 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)061-0116-01
数字温度传感器的应用范围是很广泛的，涉及到了生产与生活的很多个方面。其中热电偶是目前温度测量中使用频率较高并且受到广泛认可的传感器之一，为了更好的保证其使用的质量与效率我们应该对数字温度传感器在热电偶冷端补偿的应用上做出更加深入的研究与分析。从理论上来讲，热电偶传感器的输出电势是两结点温度差的函数。但是，输出电势是否为被测温度的单一函数是一个较为关键的问题，为了保证输出的电势是被测温度的单一函数，应该进行适当的处理，这是保证所测温度与实际温度相接近的重要因素。一般情况下将热电偶参比温度端保持为0℃。在各项理论研究我们认为各种型号热电偶的分度表所列数值都应该以参比端温度为0℃为基准制成，这是关系到实际应用效果是否良好的重要因素。但是，在进行实际操作的过程中具有一定的难度。热电偶冷端补偿问题便是为了解决这一难题应运而生的。
1 热电偶冷端补偿的基本理论支撑和研究现状
热电偶进行温度测量的基本原理是一对金属A、B组成闭合回路，将金属的接点a、b置于不同温差和场强中，在此条件下将会产生温差电效应。由于在此闭合回路中形成了电流，因此在回路中电流作用下，两接点之间会产生相应的热电势，通过测定该热电势的大小经过相应的关系匹配就可以实现温度的测量，但是两种金属必须是异质金属。在实际应用中应该满足一定的基本条件这种方法才具有可行性，才会测量出与实际接近的温度。这些基本条件主要包括以下几个方面，首先要选择合适的导线，导线的选用应该满足与热电偶相配套的基本条件，然后补偿导线将热电偶冷端延伸到控制室之后便可以与变送、显示、记录、调节仪表或数据采集卡等设备相连，进行温度监测与控制。
在实际应用中常常使用以下公式对热电势与温度之间的数值关系进行确定。EAB(t,t0)=EAB(t,0)-EAB(t0,0)。这一公式在应用与计算过程中涉及到中间温度定律，我们应该在遵循中间温度定律的前提下进行应用。实际应用中我们认为在冷端温度恒定的条件下可以通过对于热电偶输出的热电势的确定得到热电偶冷端温度，然后再由热电偶冷端温度为0℃时的数值计算出热电势。得到此数值之后还需要将所得的数值在热电偶分度表进行匹配，得到实际热电偶热端温度。在此计算过程中存在一种特殊情况应该引起我们注意。如果出现冷端温度波动的现象，则应该在遵循中间导体的基础上通过补偿导线将冷端引到温度恒定的位置，然后采用上述方法得到热电偶被测端温度。
2 DS18B20数字式温度传感器基本工作原理与基本特点
DS18B20作为一种单线式的数字温度传感器，其实际应用的范围较为广泛，具有准确度高等优点，受到了普遍的认可与欢迎。这一类型的传感器是在DS1820系列温度传感器的基础上发展起来的，既具有传统传感器的共同优点，同时还具有其自身的独特优势。其相对于传统的DS1820传感器的先进之处便是其测量的结果可以被直接转换成9到12位二进制数字信号输出，这种信号输出的方式不但更加准确而且更加有利于直接被计算机识别，信息传输的方式和设备简单，不需要过多的装备只需要一根信号线即可。另外，此类温度传感器不但可以用于多点测温还可以用于单点温度的测量，在此基础上其可以使用的范围更加广泛，成为被认可程度较高的一种传感器。DS18B20的具体使用应该遵循一定的流程和操作守则，其主机控制的温度转换应该具有一定的程序和方法，主要的步骤如下首先应该对DS18B20进行复位，这是进行读写的首要条件，在进行读写之后只有复位成功才可以进行ROM指令的发送，之后才进行RAM指令的发送。只有这些操作全部完成之后才可以对其进行操作。
另外，由于其输出的为TTL电平数字信号，因此测量误差较低并且使用简便。其测量范围保持在-55℃~125℃，准确度因为测量温度的不同有所差异。在-10℃~85℃范围内，其准确度为±0.5℃，而在其他温度范围准确度为2℃。
DS18B20温度传感器的工作程序是一个从初始化经过ROM操作指和存储器操作指令一直到数据传输的复杂过程。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序。复位必须按照相关的要求进行，每项操作都应该遵循基本的要求，其操作要领如下CPU将数据线下拉500微秒，然后释放，DS18B20收到信号后等待16～60微秒左右，后发出60～240微秒低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。
具体使用应该遵循以下标准，将数字传感器DS18B20置于热电偶的冷端，在相应的补偿软件进行运行时应该与热电偶的型号进行充分地结合，选择与热电偶的型号相适应的补偿软件。数字式温度传感器输出的反映热电偶冷端温度的数字量读入单片机，在存储器存储单元的数据表中读出EAB(t0,0)，得到对应的冷端温度的热电势，再将热电偶两端输出的热电势经放大和滤波，由
A/D转换器输入单片机，将其数字量转换成热电偶在冷端温度为t0时实际输出的热电势EAB(t,t0)，按温度定律公式进行计算，再将单片机运算后得的值通过程序存储器的数据表格查出对应温度t，得出被测温度的真实值。DS18B20使用方便，不需外接任何其他电路，能够完成温度的检测和A/D转换，转换时间短，功耗低，能够满足各种领域温度测量的要求。
3 结束语
如何更加准确与更加科学的测量温度是关系到很多生产过程以及生产工艺的重要因素，会从很大程度上影响到生产的效益。在很多生产工艺实际应用过程中对温度测量的精确度要求很高，被测温度的精确度至少应该高于0.5℃甚至更高。这些新的要求给传统的冷端补偿方法提出了严重的挑战，传统的冷端补偿方法已经不能够满足实际需要。因此，在传统数字传感器的基础上发展起来的新型单总线数字温度传感器DS18B20便更加具有应用的价值，其体积较小、结果更加准确并且传输的距离较远。这类传感器不仅可以解决热电偶高准确度冷端补偿，而且结果更加可信，可以直接进行计算机输出。这些优点以及特点给使用单位带来了极大的福音，不但从很大程度上降低了系统成本，而且设备的体积更小更加易于操作，值得进行推广使用。
参考文献
[1]付东旭,黄成军,郭灿新等.采用数字温度传感器进行热电偶冷端补偿的温度测量系统[J].工业控制计算机,2011,11.
[2]王学梅,金广锋.数字温度传感器DS18B20在粮仓温度智能控制系统中的应用[J].科技广场,2009,05.
[3]林海军,滕召胜,杨圣洁等.数字温度传感器自适应动态补偿方法[J].仪器仪表学报,2009,01.
[4]王淑英.集中热电偶冷端补偿方法比较研究[J].科技视野,2009,03.
关键词 数字温度；传感器；热电偶；冷端补偿；应用；分析
中图分类号 TP212 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)061-0116-01
数字温度传感器的应用范围是很广泛的，涉及到了生产与生活的很多个方面。其中热电偶是目前温度测量中使用频率较高并且受到广泛认可的传感器之一，为了更好的保证其使用的质量与效率我们应该对数字温度传感器在热电偶冷端补偿的应用上做出更加深入的研究与分析。从理论上来讲，热电偶传感器的输出电势是两结点温度差的函数。但是，输出电势是否为被测温度的单一函数是一个较为关键的问题，为了保证输出的电势是被测温度的单一函数，应该进行适当的处理，这是保证所测温度与实际温度相接近的重要因素。一般情况下将热电偶参比温度端保持为0℃。在各项理论研究我们认为各种型号热电偶的分度表所列数值都应该以参比端温度为0℃为基准制成，这是关系到实际应用效果是否良好的重要因素。但是，在进行实际操作的过程中具有一定的难度。热电偶冷端补偿问题便是为了解决这一难题应运而生的。
1 热电偶冷端补偿的基本理论支撑和研究现状
热电偶进行温度测量的基本原理是一对金属A、B组成闭合回路，将金属的接点a、b置于不同温差和场强中，在此条件下将会产生温差电效应。由于在此闭合回路中形成了电流，因此在回路中电流作用下，两接点之间会产生相应的热电势，通过测定该热电势的大小经过相应的关系匹配就可以实现温度的测量，但是两种金属必须是异质金属。在实际应用中应该满足一定的基本条件这种方法才具有可行性，才会测量出与实际接近的温度。这些基本条件主要包括以下几个方面，首先要选择合适的导线，导线的选用应该满足与热电偶相配套的基本条件，然后补偿导线将热电偶冷端延伸到控制室之后便可以与变送、显示、记录、调节仪表或数据采集卡等设备相连，进行温度监测与控制。
在实际应用中常常使用以下公式对热电势与温度之间的数值关系进行确定。EAB(t,t0)=EAB(t,0)-EAB(t0,0)。这一公式在应用与计算过程中涉及到中间温度定律，我们应该在遵循中间温度定律的前提下进行应用。实际应用中我们认为在冷端温度恒定的条件下可以通过对于热电偶输出的热电势的确定得到热电偶冷端温度，然后再由热电偶冷端温度为0℃时的数值计算出热电势。得到此数值之后还需要将所得的数值在热电偶分度表进行匹配，得到实际热电偶热端温度。在此计算过程中存在一种特殊情况应该引起我们注意。如果出现冷端温度波动的现象，则应该在遵循中间导体的基础上通过补偿导线将冷端引到温度恒定的位置，然后采用上述方法得到热电偶被测端温度。
2 DS18B20数字式温度传感器基本工作原理与基本特点
DS18B20作为一种单线式的数字温度传感器，其实际应用的范围较为广泛，具有准确度高等优点，受到了普遍的认可与欢迎。这一类型的传感器是在DS1820系列温度传感器的基础上发展起来的，既具有传统传感器的共同优点，同时还具有其自身的独特优势。其相对于传统的DS1820传感器的先进之处便是其测量的结果可以被直接转换成9到12位二进制数字信号输出，这种信号输出的方式不但更加准确而且更加有利于直接被计算机识别，信息传输的方式和设备简单，不需要过多的装备只需要一根信号线即可。另外，此类温度传感器不但可以用于多点测温还可以用于单点温度的测量，在此基础上其可以使用的范围更加广泛，成为被认可程度较高的一种传感器。DS18B20的具体使用应该遵循一定的流程和操作守则，其主机控制的温度转换应该具有一定的程序和方法，主要的步骤如下首先应该对DS18B20进行复位，这是进行读写的首要条件，在进行读写之后只有复位成功才可以进行ROM指令的发送，之后才进行RAM指令的发送。只有这些操作全部完成之后才可以对其进行操作。
另外，由于其输出的为TTL电平数字信号，因此测量误差较低并且使用简便。其测量范围保持在-55℃~125℃，准确度因为测量温度的不同有所差异。在-10℃~85℃范围内，其准确度为±0.5℃，而在其他温度范围准确度为2℃。
DS18B20温度传感器的工作程序是一个从初始化经过ROM操作指和存储器操作指令一直到数据传输的复杂过程。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序。复位必须按照相关的要求进行，每项操作都应该遵循基本的要求，其操作要领如下CPU将数据线下拉500微秒，然后释放，DS18B20收到信号后等待16～60微秒左右，后发出60～240微秒低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。
具体使用应该遵循以下标准，将数字传感器DS18B20置于热电偶的冷端，在相应的补偿软件进行运行时应该与热电偶的型号进行充分地结合，选择与热电偶的型号相适应的补偿软件。数字式温度传感器输出的反映热电偶冷端温度的数字量读入单片机，在存储器存储单元的数据表中读出EAB(t0,0)，得到对应的冷端温度的热电势，再将热电偶两端输出的热电势经放大和滤波，由
A/D转换器输入单片机，将其数字量转换成热电偶在冷端温度为t0时实际输出的热电势EAB(t,t0)，按温度定律公式进行计算，再将单片机运算后得的值通过程序存储器的数据表格查出对应温度t，得出被测温度的真实值。DS18B20使用方便，不需外接任何其他电路，能够完成温度的检测和A/D转换，转换时间短，功耗低，能够满足各种领域温度测量的要求。
3 结束语
如何更加准确与更加科学的测量温度是关系到很多生产过程以及生产工艺的重要因素，会从很大程度上影响到生产的效益。在很多生产工艺实际应用过程中对温度测量的精确度要求很高，被测温度的精确度至少应该高于0.5℃甚至更高。这些新的要求给传统的冷端补偿方法提出了严重的挑战，传统的冷端补偿方法已经不能够满足实际需要。因此，在传统数字传感器的基础上发展起来的新型单总线数字温度传感器DS18B20便更加具有应用的价值，其体积较小、结果更加准确并且传输的距离较远。这类传感器不仅可以解决热电偶高准确度冷端补偿，而且结果更加可信，可以直接进行计算机输出。这些优点以及特点给使用单位带来了极大的福音，不但从很大程度上降低了系统成本，而且设备的体积更小更加易于操作，值得进行推广使用。
参考文献
[1]付东旭,黄成军,郭灿新等.采用数字温度传感器进行热电偶冷端补偿的温度测量系统[J].工业控制计算机,2011,11.
[2]王学梅,金广锋.数字温度传感器DS18B20在粮仓温度智能控制系统中的应用[J].科技广场,2009,05.
[3]林海军,滕召胜,杨圣洁等.数字温度传感器自适应动态补偿方法[J].仪器仪表学报,2009,01.
[4]王淑英.集中热电偶冷端补偿方法比较研究[J].科技视野,2009,03.