大功率LED灯芯温度特性测试技术研究(5)
热电偶具有灵敏度高、可靠、抗震抗摔、互换性好及适于远距离测量和自动控制等优点，被广泛应用于制冷、化工、食品、轻工、农业科学研究等领域。热电偶的种类很多，不同材料组成的热电偶其适用条件、测温范围、灵敏度等都有所不同，实际 应用时还要考虑测量对象、测头形状、测头大小 和引线长度等多方面因素。铜一康铜热电偶由铜和康铜两种材料配对组成，其具有质地均匀、热电 势大、灵敏度高、成本低廉、容易制作等优点，在0℃~400℃范围内其温差电势与温度之间具有良好线性 ，在制冷工程、农业气候、生态、生理研究和生产等领域得到了广泛的应用。在这里选择正极是纯铜(Cu：100％)，负极为铜镍合金(Cu:55％，Ni：45％)，常称之为康铜的铜-康铜热电偶，其本身就是一种T型热电偶，与上段的说明相吻合。
3.2 热电偶探头的制作
热电偶的焊接工艺大致有两种：一是锡焊焊接法；二是电弧焊接法。热电偶的工作机理就是在两种不同导线融合点处受温度影响而产生感温电动势，因此热电偶探头焊接工艺的优良，将直接影响探头测温性能的好坏。用锡焊焊接法肯定会引入多种杂质，导致热电偶探头产生感温电动势不规则[9]。而电弧焊接法则无需介入第三种材质，直接用电弧放电的方法焊接两种材料，这样产生的感温电动势相对来说较规则。由测量精度的需要，两种方法相比较而言，后者的精确度较高、稳定性较好，因此我们采用电弧焊接法。其具体方法如下：
实验焊接电路图如图3-1所示：
图3-1电弧焊接的实验原理图
如电路图所示，选择一个容量为680000uF的大电解电容作为储能装置，用30V的直流稳压电源对其充电，首先是闭合开关S1，缓慢地调节直流稳压电源使其输出电压由0V到30V增加对电解电容进行充电，当电压值到达30V后，等待电源对电解电容充电工作基本完成（时间约为T（T=4t， ），图中所用的电阻阻值为1K，那么由公式可求得其充电时间约为4分半钟左右，为了保证充电完成，我们等待5分钟），然后断开开关S1，用万用表测量电容C两端的电压数值为29.7V，接近充电电压30V，表明充电基本完成，可进行下面的放电工作。将所要焊接热电偶的结合端（端口处是将两种材料扭成麻花状）用绝缘的塑料棒固定住，让其缓慢地靠近碳棒的尖端，当碳棒尖端与焊接处的距离足够小后，它们之间将产生尖端放电，放电的时间很短，1S不到，我们可以观察到的现象有：有较大的电火花产生，同时会听到“啪”的一声，之后迅速将焊接处拿离碳棒，观察被焊接的两端是否呈现球状，如果没有看到球状产生则放电失败，重复上面的实验操作流程，直至观察到焊接处产生球状端口为止，然后用放大镜确认两种材料是否完美融合，如果没有达到要求则需对焊接处进行适当的处理，再进行二次放电，直至成功。
图3-2实验焊接热电偶的实物图，图3-3为焊接的探头实物图：
图3-2焊接热电偶的实物图
图3-3焊接探头的实物图
4．硬件电路设计
硬件电路如图4-1所示，主要由热电偶冷端补偿系统和非线性拟合电路两部分组成：
4-1 硬件电路总体的系统图
4．1 热电偶冷端补偿系统电路
热电偶的工作原理在的3.1中已经说明，热电偶热电势的大小与其两端的温度有关，其温度-热电势关系曲线是在冷端温度为0℃时拟合的。但在实际应用中，由于热电偶冷端暴露在空气中受到周围环境温度的影响，所以测温中的冷端温度并不是0℃，也不可能将冷端温度固定在某一个固定值值不变，而产生的热电势大小由热端温度、冷端温度共同决定。所以如果冷端温度自由变化，必然会引起测量系统产生误差。为了消除这种误差，必须对热电偶进行冷端温度补偿。