熱電偶冷端補(bǔ)償?shù)脑砑胺椒?/h1>

馬也?來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng)? 2017-11-10 11:23 ? 次閱讀 ? 個(gè)評(píng)論

　　熱電偶（thermocouple）是溫度測(cè)量?jī)x表中常用的測(cè)溫元件，它直接測(cè)量溫度，并把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)，通過(guò)電氣儀表（二次儀表）轉(zhuǎn)換成被測(cè)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(hù)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(bǔ)償原理

　　熱電偶測(cè)溫的基本原理是兩種不同成份的材質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路，當(dāng)兩端存在溫度梯度時(shí)，回路中就會(huì)有電流通過(guò)，此時(shí)兩端之間就存在電動(dòng)勢(shì)——熱電動(dòng)勢(shì)，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(dǎo)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(gè)恒定的溫度下。根據(jù)熱電動(dòng)勢(shì)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(shí)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(shí)，只要該材料兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相同，熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)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(cè)溫時(shí)，可接入測(cè)量?jī)x表，測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)后，即可知道被測(cè)介質(zhì)的溫度。熱電偶測(cè)量溫度時(shí)要求其冷端（測(cè)量端為熱端，通過(guò)引線與測(cè)量電路連接的端稱(chēng)為冷端）的溫度保持不變，其熱電勢(shì)大小才與測(cè)量溫度呈一定的比例關(guān)系。若測(cè)量時(shí)，冷端的（環(huán)境）溫度變化，將嚴(yán)重影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。在冷端采取一定措施補(bǔ)償由于冷端溫度變化造成的影響稱(chēng)為熱電偶的冷端補(bǔ)償正常。與測(cè)量?jī)x表連接用專(zhuān)用補(bǔ)償導(dǎo)線。

　　熱電偶冷端溫度補(bǔ)償方法

　　熱電偶測(cè)量溫度時(shí)要求其冷端（測(cè)量端為熱端，通過(guò)引線與測(cè)量電路連接的端稱(chēng)為冷端）的溫度保持不變，其熱電勢(shì)大小才與測(cè)量溫度呈一定的比例關(guān)系。若測(cè)量時(shí)，冷端的（環(huán)境）溫度變化，將嚴(yán)重影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。在冷端采取一定措施補(bǔ)償由于冷端溫度變化造成的測(cè)量不準(zhǔn)確稱(chēng)為熱電偶的冷端補(bǔ)償。 大多數(shù)測(cè)量?jī)x器具有自動(dòng)冷端補(bǔ)償組態(tài)功能。

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

　　冰點(diǎn)槽法

　　冰點(diǎn)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(xué)實(shí)驗(yàn)中使用。為了避免冰水導(dǎo)電引起兩個(gè)連接點(diǎn)短路，必須把連接點(diǎn)分別置于兩個(gè)玻璃試管里，浸入同一冰點(diǎn)槽，使相互絕緣。

　　計(jì)算修正法

　　計(jì)算修正法就是用普通室溫計(jì)算出冷端實(shí)際溫度TH，利用公式計(jì)算：

　　EAB（T，T0）=EAB（T，TH）+EAB（TH，T0）

　　補(bǔ)正系數(shù)法

　　把冷端實(shí)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(cè)溫度T。

　　用公式表達(dá)即：T= T′+ k×TH

　　式中：T—為未知的被測(cè)溫度； T′—為參考端在室溫下熱電偶電勢(shì)與分度表上對(duì)應(yīng)的某個(gè)溫度；TH—室溫； k—為補(bǔ)正系數(shù)。

　　零點(diǎn)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(chē)間或有空調(diào)的場(chǎng)所）。

　　實(shí)質(zhì)：在測(cè)量結(jié)果中人為地加一個(gè)恒定值，因?yàn)槔涠藴囟确€(wěn)定不變，電動(dòng)勢(shì)EAB（TH，0）是常數(shù)，利用指示儀表上調(diào)整零點(diǎn)的辦法，加大某個(gè)適當(dāng)?shù)闹刀鴮?shí)現(xiàn)補(bǔ)償。

　　補(bǔ)償器法

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

　　軟件處理法

　　對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，不必全靠硬件進(jìn)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(gè)與冷端溫度對(duì)應(yīng)的常數(shù)即可。

　　對(duì)于T0經(jīng)常波動(dòng)的情況，可利用熱敏電阻或其它傳感器把T0信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，按照運(yùn)算公式設(shè)計(jì)一些程序，便能自動(dòng)修正。后一種情況必須考慮輸入的采樣通道中除了熱電動(dòng)勢(shì)之外還應(yīng)該有冷端溫度信號(hào)，如果多個(gè)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(bǔ)償導(dǎo)線把所有的冷端接到同一溫度處，只用一個(gè)冷端溫度傳感器和一個(gè)修正T0的輸入通道就可以了。冷端集中，對(duì)于提高多點(diǎn)巡檢的速度也很有利。

　　一旦建立了冷端補(bǔ)償方法，補(bǔ)償輸出電壓必須轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的溫度。一種簡(jiǎn)單的方法既是使用NBS提供的查找表，用軟件實(shí)現(xiàn)查找表需要存儲(chǔ)器，但查找表對(duì)于連續(xù)的重復(fù)查詢(xún)提供了一種快速、精確的測(cè)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(fù)雜一些，這兩種方法是：

　　1） 利用多項(xiàng)式系數(shù)進(jìn)行線性逼近，

　　2） 對(duì)熱電偶輸出信號(hào)進(jìn)行模擬線性化處理。

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

　　出現(xiàn)軟件測(cè)試方案之前，模擬線性化常被用來(lái)將測(cè)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(xiàng)式的階數(shù)，在目前能夠測(cè)試熱電偶信號(hào)的萬(wàn)用表中仍采用這種方法。

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