熱電偶補償原理知識分享
熱電偶補償原理知識分享
一、應用範圍
所有使用熱電偶的場所係統，如煉鐵高爐係統，布袋係統，熱風爐係統等。
二、所要解決的問題
熟練掌握熱電偶工作原理，冷端補償原理，和冷端補償的方式方法，以及熱電偶常見故障現象和解決方法。
三、知識內容
一、參比端處理
乐鱼官网經常使用的熱電偶分度表，都是以熱電偶參比端為0℃條件下製作的。在工業測溫現場一般不能使參比端保持0℃。現在由於計算機尤其是微處理器和單片機推廣普及，因而，智能化測溫儀普遍按下述以軟件為主的補償方式：
當熱電偶的測量端和參比端溫度分別為t、，假定℃，則熱電動勢
［例6.1］：用K型熱電偶測爐溫時，測得參比端溫度t1＝38℃；測得測量端和參比端間的熱電動勢E(t, 38-1 )＝29.90 mV，試求實際爐溫。
［解］由K型分度表查得E(38，0)＝1.53 mV，由式(6-11)可得到：
E(t，0)＝E(t, t1 ) + E(t1, 0 )
＝29.90 +1.53= 31.43 mV
再查K型分度表，由31.43 mV查得到實際爐溫755℃ 。
上述例子，若參比端不作修正，則按所測測量端和參比端間的熱電動勢E(t, 32 )＝29.90 mV查K型分度表得對應的爐溫718℃，與實際爐溫755℃相差37℃，由此產生的相對誤差約為5%。由此可見，如果不考慮參比端溫度修正、補償有時將產生相當大的（溫度）測量誤差。
1、補償導線
補償導線的作用是把熱電偶的冷端離熱源較遠及環境溫度較穩定的地方；也就是用來延伸熱電極即移動熱電偶的冷端，與顯 示儀表聯接構成測溫係統。
2、補償導線的優點：
改善熱電偶測溫線路的機械與物理性能，降低測量線路的成本，節省貴金屬材料，便於安裝與敷設；若用直徑粗、電導係數大的補償導線，還可減少測量回路電阻。
3、補償導線使用須注意事項如下：
各種補償導線隻能與相應型號的熱電偶匹配使用；補償導線與熱電偶連接點的溫度，不得超過規定的使用溫度範圍；由於補償導線與電極材料通常並不完全相同，因此兩連接點溫度必須相同；在需高精度測溫場合，處理測量結果時應加上補償導線的修正值，以保證測量精度。
二、冷端處理及補償
1、冰點槽法
把熱電偶的參比端置於冰水混合物容器裏，使T0=0℃。這種辦法僅限於科學實驗中使用。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於兩個玻璃試管裏，浸入同一冰點槽，使相互絕緣。
2、計算修正法
用普通室溫計算出參比端實際溫度TH，利用公式計算
例 用銅-康銅熱電偶測某一溫度T，參比端在室溫環境TH中，測得熱電動勢EAB(T，TH)=1.999mV，又用室溫計測出TH=21℃,查此種熱電偶的分度表可知，EAB(21,0)=0.832mV，故得
EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0)
=1.999+0.832
=2.831(mV)
再次查分度表，與2.831mV對應的熱端溫度T=68℃。
EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)
注意:既不能隻按1.999mV查表，認為T=49℃，也不能把49℃加上21℃，認為T=70℃。
3、補正係數法
把參比端實際溫度TH乘上係數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
式中：T——為未知的被測溫度；T′——為參比端在室溫下熱電偶電勢與分度表上對應的某個溫度；TH——室溫；
k——為補正係數，其它參數見下表。
例 用鉑銠10－鉑熱電偶測溫，已知冷端溫度TH=35℃，這時熱電動勢為11.348mV．查S型熱電偶的分度表，得出與此相應的溫度T′=1150℃。再從下表中查出，對應於1150℃的補正係數k=0.53。於是，被測溫度
T=1150+0.53×35=1168.3（℃）
用這種辦法稍稍簡單一些，比計算修正法誤差可能大一點，但誤差不大於0.14％。
T＝ T′＋ k T H
4、零點遷移法
應用領域：如果冷端不是0℃，但十分穩定（如恒溫車間或有空調的場所）。
實質：在測量結果中人為地加一個恒定值，因為冷端溫度穩定不變，電動勢EAB(TH,0)是常數，利用指示儀表上調整零點的辦法，加大某個適當的值而實現補償。
例 用動圈儀表配合熱電偶測溫時，如果把儀表的機械零點調到室溫TH的刻度上,在熱電動勢為零時，指針指示的溫度值並不是0℃而是TH。而熱電偶的冷端溫度已是TH,則隻有當熱端溫度T=TH時，才能使EAB(T,TH)=0，這樣，指示值就和熱端的實際溫度一致了。這種辦法非常簡便，而且一勞永逸，隻要冷端溫度總保持在TH不變，指示值就永遠正確。
5、冷端補償器法
利用不平衡電橋產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。不平衡電橋由R1、R2、R3(錳銅絲繞製)、RCu(銅絲繞製)四個橋臂和橋路電源組成。設計時，在0℃下使電橋平衡(R1=R2=R3=RCu)，此時Uab=0 ，電橋對儀表讀數無影響。
T0 Ua Uab EAB(T,T0)
供電4V直流，在0～40℃或-20～20℃的範圍起補償作用。
注意，不同材質的熱電偶所配的冷端補償器，其中的限流電阻R不一樣，互換時必須重新調整。
注意：橋臂RCu必須和熱電偶的冷端靠近，使處於同一溫度之下。
7、軟件處理法
對於計算機係統，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，隻需在采樣後加一個與冷端溫度對應的常數即可。
對於T0經常波動的情況，可利用熱敏電阻或其它傳感器把T0信號輸入計算機，按照運算公式設計一些程序，便能自動修正。後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，若占用的通道數太多，宜利用補償導線把所有的冷端接到同一溫度處，隻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，對於提高多點巡檢的速度也很有利。
三、熱電偶的定期校驗
校驗的方法是用標準熱電偶與被校驗熱電偶裝在同一校驗爐中進行對比，誤差超過規定允許值為不合格。圖為熱電偶校驗裝置示意圖，最佳校驗方法可由查閱有關標準獲得。工業熱電偶的允許偏差，見下表。
四、工業熱電偶允許偏差
熱電偶校驗圖
1-調壓變壓器；2-管式電爐；3標準熱電偶；4-被校熱電偶；5-冰瓶；6-切換開關；7-測試儀表；8-試管
五、熱電偶常見故障處理
