熱電偶冷端補償?shù)脑砑胺椒?/h1>

馬也?來源：互聯(lián)網(wǎng)? 2017-11-10 11:23 ? 次閱讀 ? 個評論

　　熱電偶（thermocouple）是溫度測量儀表中常用的測溫元件，它直接測量溫度，并把溫度信號轉(zhuǎn)換成熱電動勢信號，通過電氣儀表（二次儀表）轉(zhuǎn)換成被測介質(zhì)的溫度。各種熱電偶的外形常因需要而極不相同，但是它們的基本結(jié)構(gòu)卻大致相同，通常由熱電極、絕緣套保護管和接線盒等主要部分組成，通常和顯示儀表、記錄儀表及電子調(diào)節(jié)器配套使用。

　　熱電偶冷端溫度補償原理

　　熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質(zhì)導體組成閉合回路，當兩端存在溫度梯度時，回路中就會有電流通過，此時兩端之間就存在電動勢——熱電動勢，這就是所謂的塞貝克效應(yīng)（Seebeck effect）。兩種不同成份的均質(zhì)導體為熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為自由端，自由端通常處于某個恒定的溫度下。根據(jù)熱電動勢與溫度的函數(shù)關(guān)系，制成熱電偶分度表；分度表是自由端溫度在0℃時的條件下得到的，不同的熱電偶具有不同的分度表。

　　在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時，只要該材料兩個接點的溫度相同，熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢將保持不變，即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此，在熱電偶測溫時，可接入測量儀表，測得熱電動勢后，即可知道被測介質(zhì)的溫度。熱電偶測量溫度時要求其冷端（測量端為熱端，通過引線與測量電路連接的端稱為冷端）的溫度保持不變，其熱電勢大小才與測量溫度呈一定的比例關(guān)系。若測量時，冷端的（環(huán)境）溫度變化，將嚴重影響測量的準確性。在冷端采取一定措施補償由于冷端溫度變化造成的影響稱為熱電偶的冷端補償正常。與測量儀表連接用專用補償導線。

　　熱電偶冷端溫度補償方法

　　熱電偶測量溫度時要求其冷端（測量端為熱端，通過引線與測量電路連接的端稱為冷端）的溫度保持不變，其熱電勢大小才與測量溫度呈一定的比例關(guān)系。若測量時，冷端的（環(huán)境）溫度變化，將嚴重影響測量的準確性。在冷端采取一定措施補償由于冷端溫度變化造成的測量不準確稱為熱電偶的冷端補償。 大多數(shù)測量儀器具有自動冷端補償組態(tài)功能。

　　在應(yīng)用熱電偶時只有把冷端溫度保持為0度，或者進行必要的修正和處理才能得出準確的測量結(jié)果，對熱電偶冷端溫度主要有以下幾種處理方法。

　　冰點槽法

　　冰點槽法就是把熱電偶的冷端放入冰水混合物容器里，使T0=0℃。這種辦法僅限于在科學實驗中使用。為了避免冰水導電引起兩個連接點短路，必須把連接點分別置于兩個玻璃試管里，浸入同一冰點槽，使相互絕緣。

　　計算修正法

　　計算修正法就是用普通室溫計算出冷端實際溫度TH，利用公式計算：

　　EAB（T，T0）=EAB（T，TH）+EAB（TH，T0）

　　補正系數(shù)法

　　把冷端實際溫度TH乘上系數(shù)k，加到由EAB（T，TH）查分度表所得的溫度上，成為被測溫度T。

　　用公式表達即：T= T′+ k×TH

　　式中：T—為未知的被測溫度； T′—為參考端在室溫下熱電偶電勢與分度表上對應(yīng)的某個溫度；TH—室溫； k—為補正系數(shù)。

　　零點遷移法

　　應(yīng)用領(lǐng)域：如果冷端不是0℃，但十分穩(wěn)定（如恒溫車間或有空調(diào)的場所）。

　　實質(zhì)：在測量結(jié)果中人為地加一個恒定值，因為冷端溫度穩(wěn)定不變，電動勢EAB（TH，0）是常數(shù)，利用指示儀表上調(diào)整零點的辦法，加大某個適當?shù)闹刀鴮崿F(xiàn)補償。

　　補償器法

　　利用不平衡電橋產(chǎn)生熱電勢補償熱電偶因冷端溫度變化而引起熱電勢的變化值。

　　軟件處理法

　　對于計算機系統(tǒng)，不必全靠硬件進行熱電偶冷端處理。例如冷端溫度恒定但不為0℃的情況，只需在采樣后加一個與冷端溫度對應(yīng)的常數(shù)即可。

　　對于T0經(jīng)常波動的情況，可利用熱敏電阻或其它傳感器把T0信號輸入計算機，按照運算公式設(shè)計一些程序，便能自動修正。后一種情況必須考慮輸入的采樣通道中除了熱電動勢之外還應(yīng)該有冷端溫度信號，如果多個熱電偶的冷端溫度不相同，還要分別采樣，若占用的通道數(shù)太多，宜利用補償導線把所有的冷端接到同一溫度處，只用一個冷端溫度傳感器和一個修正T0的輸入通道就可以了。冷端集中，對于提高多點巡檢的速度也很有利。

　　一旦建立了冷端補償方法，補償輸出電壓必須轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的溫度。一種簡單的方法既是使用NBS提供的查找表，用軟件實現(xiàn)查找表需要存儲器，但查找表對于連續(xù)的重復查詢提供了一種快速、精確的測量方案。

　　將熱電偶電壓轉(zhuǎn)換成溫度值的另外兩種方案比查找表復雜一些，這兩種方法是：

　　1） 利用多項式系數(shù)進行線性逼近，

　　2） 對熱電偶輸出信號進行模擬線性化處理。

　　軟件線性逼近只是需要預先確定多項式系數(shù)，不需要存儲，因而是一種更通用的方案。缺點是需要較長時間解多階多項式，多項式階數(shù)越高，處理時間越長，特別是在溫度范圍較寬的情況下。多項式階數(shù)較高時，查找表相對提供了一種精度更高、更有效溫度測量方案。

　　出現(xiàn)軟件測試方案之前，模擬線性化常被用來將測量電壓轉(zhuǎn)換成溫度值（除了人工查找表檢索外）。這種基于硬件的方法利用模擬電路修正熱電偶響應(yīng)的非線性。其精度取決于修正逼近多項式的階數(shù)，在目前能夠測試熱電偶信號的萬用表中仍采用這種方法。

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